JP4482786B2

JP4482786B2 - 車両用交流発電機の電圧制御装置

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Publication number: JP4482786B2
Application number: JP2001303283A
Authority: JP
Inventors: 真谷口; 年世荻野; 幸二田中
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-09-28
Filing date: 2001-09-28
Publication date: 2010-06-16
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: JP2003033095A

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電圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
車両用交流発電機は、励磁電流通電停止状態でも残留磁束により回転とともに微小ではあるが交流電圧（残留磁束交流電圧ともいう）を発生することが知られており、ＵＳＰ５３７６８７６号はこの残留磁束交流電圧をサンプリング加工して形成したステップ波形信号に基づいて回転子の回転の有無を判定することを提案している。しかしながら、この方法では、高電位のラインから電機子巻線にリーク電流が流入して電機子巻線に電圧降下が生じると、上記残留磁束交流電圧に直流電圧が重畳してしまうため、上記ステップ波形信号が大きくなってしまい、回転検出不能となってしまう。
【０００３】
ＷＯ９９／０７０６４号は、交流発電機の残留磁束交流電圧による回転判定に、しきい値可変のウインドコンパレータを用いることを提案している。しかしながら、ウインドコンパレータのしきい値を可変にした場合、回転検出に手間取るという問題があった。
【０００４】
特開平３ー２１５２００（ＵＳＰ５１８２５１１，ＥＰ０４８４３６）号公報や特表平８ー５０３３０８（ＵＳＰ５６０２４７０，ＷＯ９５／０５６０６）号公報は、電機子巻線の２相の出力端間の電位差を検出することによりリーク電流の影響を軽減することを提案しているが、電機子巻線から２相の電圧をレギュレータに入力する必要が生じ、回路構成が複雑となるという欠点を有している。
【０００５】
また、特開平３ー２１５２００（ＵＳＰ５１８２５１１，ＥＰ０４０８４３６）号では、多相交流電圧のうちの２相の出力端間の電位差をフローティング状態で検出するので、コンパレータの基準電位設定が複雑になるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、構成を複雑化したり、検出タイミングが遅延したりするのを抑止しつつ、残留磁束交流電圧により確実に回転検出が可能な車両用交流発電機の電圧制御装置を提供することをその目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した第一発明の車両用交流発電機の電圧制御装置は、磁極を有して回転磁界を発生する回転子と、前記磁極を磁化するための界磁巻線と、前記回転磁界により交流電圧を誘起する電機子巻線と、前記交流電圧を整流して車載バッテリを充電する全波整流回路と、前記電機子巻線の発電電圧に基づいて回転開始を検出する回転検出回路と、前記通電電流を制御して前記全波整流装置の出力電圧を制御する電圧制御回路とを備える制御装置において、前記回転検出回路が、前記車載バッテリの負極電位より高く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも小さい第１のしきい値と、前記車載バッテリの公称電圧よりも低く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも大きい第２のしきい値と、前記電機子巻線の出力端を所定電位にクランプするクランプスイッチと、前記第１のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオン時に比較し、かつ、前記第２のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオフ時に比較して前記回転子の回転を検出する比較回路と、を備えることを特徴としている。
【０００８】
これにより、構成を複雑化したり、検出タイミングが遅延したりするのを抑止しつつ、残留磁束交流電圧により確実に回転検出が可能な車両用交流発電機の電圧制御装置を実現することができる。更に、本構成によれば、たとえば整流器の＋極端子のような高電位源から電機子巻線にリーク電流が流入する場合にクランプスイッチをオンしてこのリーク電流を放電して電機子巻線の出力端の電位の上昇を抑止しつつ、回転開始とともに残留磁束により電機子巻線に生じる交流電圧（残留磁束交流電圧）を確実に検出することができる。
【００１１】
以下、リーク電流発生時の残留磁束交流電圧について図８〜図１４を参照して説明する。
【００１２】
まず、検出相以外の相Ｐｚにリークが発生した場合を図８に模式的に示す。電機子巻線の出力端Ｐｚと＋Ｂ電位、例えば全波整流器の正極側フィンとの間の接触抵抗をＲ１とする。この接触抵抗値Ｒ１は塩水や泥水及びそれらの乾燥した結晶や錆等様々な異物である。
【００１３】
リーク発生時の等価回路を図９に示す。リーク電流の大きさは検出相Ｐｙの状態に依存する。つまり相Ｐｙと接地間の接地抵抗Ｒ２に依存する。抵抗Ｒ２が極めて小さな抵抗、例えば数Ωであれば極めて大きなリーク電流、例えば数Ａの電流が直ちに抵抗Ｒ２を介して接地に流れ込み、相Ｐｙの電位を接地電位に落とし込む。この状態で発電機の回転子が回転すると、回転子を構成する界磁極には前回の発電時の磁化が残留しているためこの残留磁化に起因する交流電圧が誘起する。つまりリーク電流経路中に電源が介在する事になり、リークを引き起こす直流電圧に交流電圧が重畳することになり、交流電圧の変化によりリーク電流の大きさが変化して抵抗Ｒ２の電圧降下が変化し、Ｐｙ相電圧に交流電圧分が重畳する。この電圧の振幅は回転子の回転速度に比例して増大してゆく。このとき相Ｐｙは接地電位以下になることはなく電圧信号は回転子速度に比例して正側に増大する。
【００１４】
同様に、接地抵抗Ｒ２が比較的大きい場合を考える。例えば抵抗Ｒ２が数ＫΩとする。この場合には極めて小さなリーク電流、例えば数ｍＡの電流が直ちに接地抵抗Ｒ２を介して接地に流れ込み、相Ｐｙの電位をほぼ蓄電池電位に跳ね上げる。厳密には接触抵抗Ｒ１と接地抵抗Ｒ２の分圧比で決定される電位に跳ね上がる。この状態で発電機の回転子が回転するとやはり残留磁化に起因する交流電圧がこのリーク起因電圧に重畳する。このとき相Ｐｙは蓄電池電位以上になることはなく電圧信号は回転子速度に比例して蓄電池電位より低位側に増大してゆく。
【００１５】
次に検出相Ｐｙにリークが発生した場合を考える。同じく電機子巻線の出力端Ｐｙと＋Ｂ電位、例えば全波整流器の正極側フィンとの間の接触抵抗をＲ１とする。
【００１６】
リーク発生時の等価回路を図１２に示す。リーク電流大きさはやはり検出相Ｐｙの状態に依存する。つまりＰｙ相と接地間の接地抵抗Ｒ２に依存する。抵抗Ｒ２が極めて小さな抵抗、例えば数Ωであれば極めて大きなリーク電流、例えば数Ａの電流が直ちに接地抵抗Ｒ２を介して接地に流れ込み、相Ｐｙの電位を接地電位に落とし込む。厳密には抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ２の分圧比で決定される電位に固定される。この場合、リーク電流の経路に電源（電機子巻線）が介在しないのでリーク電流の大きさは電機子誘起電圧に依存せず、従って回転子が回転しても相Ｐｙの電位は変動しない。しかしながら回転数が上昇し電機子巻線の誘起電圧が増大すると、Ｐｚ相電圧が接地電位よりもダイオ−ドドロップ分だけ下回り信号電流ｉ１が流れ、抵抗Ｒ２にはリーク電流とこの信号電流ｉ１が流れることになり、抵抗Ｒ２の電圧降下信号電流に起因して変動する。結局、リーク電流存在下で残留磁化のみで検出可能な交流信号を発生させるには回転数が十分に高くなる必要がある。
【００１７】
また、接地抵抗Ｒ２が比較的大きい（例えば数ＫΩ）場合には、極めて小さなリーク電流、例えば数ｍＡの電流が直ちに接地抵抗Ｒ２を介して接地に流れ込み、Ｐｙ相の電位をほぼ蓄電池電位に跳ね上げる。厳密には接触抵抗Ｒ１と接地抵抗Ｒ２の分圧比で決定される電位に跳ね上がる。この状態で発電機の回転子が回転すると相Ｐｚの電位が蓄電池電位よりもダイオ−ドドロップ分だけ上回らないと信号電流ｉ２が流れない。
【００１８】
結局、この場合においても、リーク電流存在下では残留磁化のみでは回転数が十分に高くならないと検出可能な交流信号を得ることが困難である。
【００１９】
これらの問題は、上述した請求項１に記載の構成により解決することができる。すなわち、本構成によれば、リーク電流が発生する場合と発生しない場合とを想定して、クランプスイッチの断続に同期して比較回路のしきい値を切り替えているので、リーク電流発生時でも、発生していない場合でも、回転子の回転を確実に検出することができる。
【００２０】
請求項２に記載した第二発明の車両用交流発電機の電圧制御装置は、磁極を有して回転磁界を発生する回転子と、前記磁極を磁化するための界磁巻線と、前記回転磁界により交流電圧を誘起する電機子巻線と、前記交流電圧を整流して車載バッテリを充電する全波整流回路と、前記電機子巻線の発電電圧に基づいて回転開始を検出する回転検出回路と、前記通電電流を制御して前記全波整流装置の出力電圧を制御する電圧制御回路とを備える制御装置において、前記回転検出回路が、前記車載バッテリの負極電位より高く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも小さい第１のしきい値と、前記車載バッテリの公称電圧よりも低く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも大きい第２のしきい値とを備え、更に、前記回転検出回路が、前記電機子巻線の出力端を所定電位にクランプするクランプスイッチと、前記第１のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオン時及びオフ時の両方において比較する第一比較部と、前記第２のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオン時及びオフ時の両方において比較する第二比較部とを有し、前記両比較部の出力に基づいて回転を検出することを特徴としている。
【００２１】
これにより、構成を複雑化したり、検出タイミングが遅延したりするのを抑止しつつ、残留磁束交流電圧により確実に回転検出が可能な車両用交流発電機の電圧制御装置を実現することができる。更に、クランプスイッチの断続にかかわらず常時、２つのしきい値で残留磁束交流電圧を判定しているので、クランプスイッチの動作状態にかかわらず、かつ、リーク電流の有無にかかわらず、回転開始を確実に検出することができる。
【００２２】
請求項３記載の構成によれば請求項１又は２記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、前記電機子巻線の出力端と前記全波整流装置の低電位端とを接続するとともに、前記クランプスイッチと並列に接続された第１の抵抗素子を有することを特徴としているので、基準の安定した信号を検出することになり検出精度を向上することができる。
【００２３】
請求項４記載の構成によれば請求項１乃至３のいずれか記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、前記クランプスイッチと直列に接続されて前記電機子巻線の出力端と前記全波整流装置の低電位端との間に配置される第２の抵抗素子を有する。
【００２４】
本構成によれば、クランプスイッチを通じて放電するリーク電流を抑制することができ、クランプスイッチの安全性、寿命を向上することができる。
【００２５】
請求項５記載の構成によれば請求項４記載の車両用交流発電機の制御装置において更に、前記第２の抵抗素子が前記第１の抵抗素子よりも低抵抗値をもつことを特徴とする。
【００２６】
本構成によれば、リーク電流を確実にクランプスイッチ側に逃がすことができ、リーク発生時の回転検出を一層確実に行うことができる。
【００２７】
請求項６記載の構成によれば請求項１乃至５のいずれか記載の車両用交流発電機の電圧制御装置において更に、前記電機子巻線の出力電圧が所定しきい値を超えた場合に所定の励磁電流アシスト期間だけ前記界磁巻線に励磁電流アシスト通電を実施する励磁電流アシスト手段とを有することを特徴としている。
【００２８】
これにより、電機子巻線の出力電圧を増大することができるので、リーク電流が存在しても、回転数が低い段階からでも確実かつ速やかに回転子の回転を検出することができる。
【００２９】
請求項７記載の構成によれば請求項６記載の車両用交流発電機の電圧制御装置において更に、前記励磁電流アシスト手段は、前記励磁電流アシスト期間に前記励磁電流アシスト通電を断続実施することを特徴としている。これにより、クランプスイッチを通じての発電電流の浪費を抑止しつつ、確実な回転検出を実現することができる。
【００３０】
請求項８記載の構成によれば請求項６又は７記載の車両用交流発電機の電圧制御装置において更に、前記励磁電流アシスト手段は、前記励磁電流アシスト期間の終了後、前記励磁電流アシスト期間よりも長時間、次の励磁電流アシスト通電を禁止することを特徴としている。
【００３１】
これにより、車載バッテリの浪費を抑制できる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用交流発電機の電圧制御装置の実施態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００３３】
【実施例１】
実施例１の装置を図１を参照して説明する。図１はこの実施例の車両用交流発電機のブロック回路図である。
【００３４】
（全体構成）
１は本発明のオルタネータ、２は車載バッテリ、３はオルタネータ１の３相の電機子巻線、４は電機子巻線３の交流出力を整流する全波整流回路、５は界磁巻線、６は界磁電流を調整してオルタネータ１の出力電圧を所定範囲内に制御する電圧制御装置である。
【００３５】
６１は界磁巻線５に流す界磁電流を断続するハイサイドスイッチ構成のパワートランジスタ、６２はパワートランジスタ６１がオフの際に界磁電流を貫流させるフライホイルダイオ−ド、６３は全波整流回路４の出力電圧を所定の範囲内に収束させる電圧制御回路、６４は電圧制御回路６３を動作状態に保つべく給電する主電源回路、６５は電機子巻線３のＹ相出力電圧Ｐｙを入力し、このＹ相出力電圧Ｐｙから回転子の回転を検出して主電源回路６４を駆動するための信号を発する副電源回路である。
【００３６】
この種の車両用交流発電機の電圧制御装置は主電源回路６４、副電源回路６５以外は周知であるので、主電源回路６４及び副電源回路６５以外の説明は省略する。
【００３７】
（副電源回路６５の構成）
副電源回路６５の一例を図２に示す回路図を参照して以下に説明する。
【００３８】
８２は、副電源回路６５の入力端に流れ込むリーク電流を接地に逃がすための抵抗素子であり、たとえば数ｋオームの抵抗値をもつ。
【００３９】
８１、７３はコンパレータであり、コンパレータ７３のー入力端には、車載バッテリ２の負極電位より高く、車載バッテリ２の公称電圧の２分の１よりも小さい第１のしきい値電圧Vth1が印加されている。コンパレータ８１のー入力端には、車載バッテリ２の公称電圧よりも低く、車載バッテリ２の公称電圧の２分の１よりも大きい第２のしきい値電圧が印加されている。
【００４０】
両コンパレータ７３、８１の＋入力端には、電機子巻線３のＹ相出力電圧Ｐｙが印加され、両コンパレータ７３、８１の出力はＥ−ＯＲ（排他オア回路）回路８４を通じてカウンタ回路７４に送られ、カウンタ回路７４の出力により、アナログスイッチ７５は、後段の主電源回路６４への電源電圧を供給を断続する。
【００４１】
リーク電流がない場合には、コンパレータ７３は、入力端７１の電位がしきい値電圧Ｖｔｈ１を超えるたびにハイレベルを出力し、コンパレータ７３は回転検出信号としてのパルス信号を出力する。
【００４２】
数mＡから数＋mＡのリーク電流が入力端７１に流入すると、入力端７１の電位は車載バッテリ２の正極電位に近い値まで増大し、回転により入力端７１の電位は、図１４に示すように、このリーク電流による抵抗８２の電圧降下分だけレベルアップされ、結局、回転により、入力端７１の電位はこの車載バッテリ２の正極電位に近い値から周期的に低下する波形となる。したがって、コンパレータ８１は、回転が生じると入力端７１の電位がしきい値電圧Vth2より低下する度に、ローレベルを出力し、コンパレータ８１は回転検出信号としてのパルス信号を出力する。
【００４３】
結局、リーク電流の有無にかかわらず、コンパレータ７３、８１は回転検出信号としてのパルス信号を出力し、このパルス信号がＥ−ＯＲ（排他オア回路）回路８４を通じてカウンタ回路７４に送られ、アナログスイッチ７５は、カウンタ回路７４の出力にもとづいて後段の主電源回路６４への電源電圧を供給を断続する。なお、このカウンタ回路７４の動作の詳細は後述するものとする。
【００４４】
【実施例２】
本発明の装置の他の実施例を以下に説明する。この実施例は、図１に示す副電源回路６５の回路を変更したものである。
【００４５】
（副電源回路６５の構成）
図３はこの実施例の副電源回路の回路図である。
【００４６】
７１は電機子巻線３のＹ相端子電圧を入力する入力端子、７２は第１及び第２のしきい値を設定するしきい値選択回路である。しきい値選択回路７２は、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ、アナログスイッチ７２１、ダイオ−ド７２２で構成されている。ダイオ−ド７２２はアナログスイッチ７２１のオン時に抵抗Ｒｂ両端を短絡防止するためのものである。
【００４７】
しきい値選択回路７２は、アナログスイッチ７２１が閉じられると、分圧抵抗Ｒａ、Ｒｂの接続点の電位すなわち第２のしきい値電圧Ｖｔｈ２を第１のコンパレータ７３に出力する。第２のしきい値電圧Ｖｔｈ２は車載バッテリ２の公称電圧の２分の１より大きく設定されている。しきい値選択回路７２は、アナログスイッチ７２１が開かれると、第１のしきい値電圧Ｖｔｈ１をコンパレータ７３に出力する。第１のしきい値電圧Ｖｔｈ１は車載バッテリ２の公称電圧の２分の１より小さく設定されている。コンパレータ７３の＋入力端にはＹ相出力電圧Ｐｙが、ー入力端には上記第１のしきい値電圧と第２のしきい値電圧のどちらかが入力される。
【００４８】
７４はコンパレータ７３の出力パルス数をカウントするカウンタ回路、７５は後段の主電源回路６４に電源電圧を供給するアナログスイッチである。７６は電機子巻線３のＹ相出力端を接地するクランプスイッチ、７７はＹ相出力電圧Ｐｙの波高値を検出するピークディテクタ、７８はＹ相出力端子の出力電圧を所定値と比較する第２のコンパレータ、７９は第２のコンパレータ７８が反転した際に動作するタイマ回路であり、タイマ回路７９の出力信号にて所定期間のみクランプスイッチ７６を閉成し、アナログスイッチ７２１を開成する。８０はクランプスイッチ７６をしきい値選択回路７２のアナログスイッチ７２１と逆動作させるためのインバータである。
【００４９】
（動作説明）
図３に示す副電源回路６５の動作を以下に説明する。
【００５０】
コンパレータ７８がＹ相電圧の波高値が所定値を超えたことを検出したら、タイマ回路７９がその後、所定期間（例えば数百ｍｓｅｃ）だけクランプスイッチ７６をオンし、同時にインバータ８０を通じてアナログスイッチ７２１をオフして、第１のコンパレータ７３のしきい値電圧を第１のしきい値（ローレベル）Ｖｔｈ１にセットする。この期間をクランプ期間という。このクランプスイッチ７６のオン抵抗は所定値に設定されている。
【００５１】
その後、上記所定期間が過ぎれば、タイマ回路７９がクランプスイッチ７６をオフし、同時にインバータ８０を通じてアナログスイッチ７２１をオンして、第１のコンパレータ７３のしきい値電圧を第２のしきい値（ハイレベル）Ｖｔｈ２にセットする。この期間を非クランプ期間という。
【００５２】
カウンタ７４は、図示しないデジタルコンパレータを含んでおり、カウンタ７４が出力するデジタル回転数値がデジタルコンパレータの設定回転数値より大きい場合に、デジタルコンパレータはハイレベル電圧をアナログスイッチ７５に出力し、アナログスイッチ７５は主電源回路６４をオンする。
【００５３】
（クランプ期間の回転検出動作）
クランプ期間の回転検出動作を以下に説明する。
【００５４】
リーク電流がない場合は、回転開始して、ＰｙがＶｒｅｆを超えた時点でコンパレータ７８が反転し、クランプ期間には入る。クランプ期間には、アナログスイッチはオフされており、コンパレータ７３にはしきい値としてＶｔｈ１が入力され、ＰｙがＶｔｈ１を超えるたびにハイレベルを出力し、回転を検出する。
【００５５】
リーク電流が入力端７１に流入している場合には、このリーク電流はクランプスイッチ７６を通じて接地に流れ、入力端７１の平均電位は、リーク電流×クランプスイッチ７６のオン抵抗に等しくなり、リーク電流が小さくかつクランプスイッチ７６のオン抵抗が小さく設定されている範囲で小さい値（好適には第１しきい値電圧の半分以下）に抑止される。
【００５６】
したがって、回転停止状態では、コンパレータ７３は、ローレベル（回転停止）を検出する。すなわち、回転子が静止しているのにリーク電流が入力端７１に流入する場合は上記説明したように、クランプスイッチ７６のクランプにより、所定のリーク電流値以下では第１のコンパレータ７３は反転せず、リーク電流流入を回転と誤判定することはない。
【００５７】
回転子が回転していれば、残留磁束交流電圧が入力端７１に入力する。この残留磁束交流電圧すなわちＹ相出力電圧Ｐｙの振幅は、回転子の回転数がある程度高くなれば第１しきい値電圧Ｖｔｈ１と交差するので、第１のコンパレータ７３は回転子の回転速度に比例した周波数を持つパルス信号を発生し、コンパレータ７３は回転を検出する。
【００５８】
結局、コンパレータ７３は、このクランプ期間にリーク電流の有無にかかわらず、回転を検出することができる。
【００５９】
なお、高電位ラインから電機子巻線３に流入するリーク電流は、上記（配線抵抗＋電機子巻線抵抗）及びクランプスイッチ７６のオン抵抗を通じて接地に落ちる。高電位ラインと電機子巻線３との間のリーク経路の内部抵抗がクランプスイッチ７６のオン抵抗より格段に大きいので、クランプスイッチ７６のオンによりリーク電流はほとんど増大することはない。したがって、オンしたクランプスイッチ７６のリーク電流による電圧降下は小さく、それによる入力端７１の電位の上昇はしきい値電圧Vth1より小さく、回転と誤検出することはない。
【００６０】
（非クランプ期間の回転検出動作）
副電源回路６５は、タイマ回路７９が上記所定期間（例えば数百ｍｓｅｃ）だけクランプスイッチ７６をオンした後、クランプスイッチ７６をオフし、同時にインバータ８０を通じてアナログスイッチ７２１をオンして、第１のコンパレータ７３のしきい値電圧を第２のしきい値（ハイレベル）にセットする。
【００６１】
この状態において、リーク電流があると、クランプスイッチ７６のオフと同時にクランプスイッチ７６を通じた電流経路が遮断されているので、リーク電流による入力端７１の充電により、入力端７１の電位はほとんどバッテリ電圧まで上昇する。
【００６２】
この状態で回転子が回転し、残留磁束交流電圧が生じると、Ｙ相出力電圧Ｐｙはバッテリ電圧を基準として正負に変動し、第２のしきい値電圧と交差し、第１のコンパレータ７３はやはり回転検出を行う。なお、回転子が回転していない場合には、Ｙ相出力電圧Ｐｙはリーク電流により高位レベルに張り付いたままとなり、第１のコンパレータ７３は反転せず、回転を誤検出することはない。
【００６３】
結局、この実施例によれば、上記電流リークのあるなしに関わらず、コンパレータ７３はローレベルのしきい値により回転判定を行い、上記電流リークがある場合にはハイレベルのしきい値により回転判定を行うことができる。図４は図３の各部電位状態を示すタイミングチャートである。
【００６４】
（実施例効果）
上記説明したように、本実施例によれば、一相電圧入力端７１の電位を所定オン抵抗をもつクランプスイッチ７６を所定タイミングで断続し、クランプ期間にも非クランプ期間（ただしリーク電流ありの場合）にも回転検出できるようにしたものである。
【００６５】
これにより、リーク電流がない場合だけでなく、リーク電流が存在する場合（実際にはこちらのケースが圧倒的に多い）でも、それを接地に逃がしているために確実に回転検出することができる。その上、クランプスイッチを常時オンするのではないので、発電が立ち上がった後において、電機子電流が接地にバイパスしてロスするという問題を改善することができ、実用性に優れる。また、車両側からのイグニッションスイッチのオンを知らせる通信線を廃止することができ、配線構成を簡素化することができる。
【００６６】
（変形態様）
なお、上記実施例では、ピークディテクタ７７が、入力端７１の電位（瞬時値）が第二のコンパレータ７８のー入力端のしきい値電圧Ｖｒｅｆよりも大きくなったことを検出した時点から起算して、タイマ回路７９に設定された所定期間だけ、クランプスイッチ７６をオンし、かつ、第１のコンパレータ７３のしきい値電圧を非リーク状態検出用のローレベルに切り替えているが、瞬時値の代わりに平均値を用いてもよい。また、ピークディテクタ７７を省略して入力端７１の電位を第２のコンパレータの入力端に直接入力してもよい。また、ピークディテクタ７７と第２のコンパレータ７８を省略し、タイマ回路７９を長い（たとえば数百ｍｓｅｃ）所定期間Ｔごとにオンする無安定マルチバイブレータに変更し、上記期間Ｔごとに第１のしきい値電圧での回転検出と第２のしきい値電圧による回転検出とを切り替えてもよい。この場合、クランプオン期間をクランプオフ期間より短く設定することにより、発電立ち上がり後の、クランプスイッチ７６を通じての発電電流のロスを低減することができる。
【００６７】
【実施例３】
上記説明した第２実施例の変形態様である第３実施例を図５に示す。
【００６８】
この変形態様は、第２実施例のしきい値選択回路に替えて、第３のコンパレータ８１とＥ−ＯＲ（排他オア回路）回路８４とを追加して、Ｙ相出力電圧Ｐｙを第１しきい値電圧Ｖｔｈ１と第２しきい値電圧Ｖｔｈ２と同時に比較する回路構成を採用している。基本動作は第１実施例に同じである。
【００６９】
図３のクランプスイッチ７６は、図５では並列抵抗８２、直列抵抗８３、クランプスイッチ７６ａに置換されている。直列抵抗８３は図１におけるクランプスイッチ７６のオン抵抗に相当するものであり、図３ではクランプスイッチ７６ａとして小オン抵抗のものを用いるためにクランプスイッチ７６ａと直列に接続追加されている。もちろん、クランプスイッチ７６ａのオン抵抗を適切な値に設定することにより直列抵抗８３の省略は可能である。並列抵抗８２は、極めて小さいレベルのリーク電流を接地にバイパスして入力端７１の電位が上昇するのを防止し、これにより、この極めて小さいリーク電流が流れている状態を実質的にリーク電流が流れていないとみなすことができるようにしたものであり、かなり高い値に設定されている。
【００７０】
動作について説明する。
【００７１】
（クランプ期間の回転検出動作）
クランプ期間の回転検出動作を以下に説明する。
【００７２】
リーク電流がない場合には、コンパレータ７３は、入力端７１の電位がしきい値電圧Ｖｔｈ１を超えるたびにハイレベルを出力し、回転を検出する。
【００７３】
リーク電流が入力端７１に流入している場合には、このリーク電流はクランプスイッチ７６を通じて接地に流れ、入力端７１の平均電位は、リーク電流×直列抵抗８３の抵抗値に等しくなり、リーク電流が小さくかつ直列抵抗８３の抵抗値が小さく設定されている範囲で小さい値（好適には第１しきい値電圧の半分以下）に抑止される。したがって、回転停止状態では、コンパレータ７３は、ローレベル（回転停止）を検出する。すなわち、回転子が静止しているのにリーク電流が入力端７１に流入する場合は上記説明したように、クランプスイッチ７６のクランプにより、所定のリーク電流値以下では第１のコンパレータ７３は反転せず、リーク電流流入を回転と誤判定することはない。回転子が回転していれば、残留磁束交流電圧が入力端７１に入力する。この残留磁束交流電圧すなわちＹ相出力電圧Ｐｙの振幅は、回転子の回転数がある程度高くなれば第１しきい値電圧Ｖｔｈ１と交差するので、第１のコンパレータ７３は回転子の回転速度に比例した周波数を持つパルス信号を発生し、コンパレータ７３は回転を検出する。
【００７４】
結局、コンパレータ７３は、このクランプ期間にリーク電流の有無にかかわらず、回転を検出することができる。
【００７５】
次に、このクランプ期間において、コンパレータ８１は、そのしきい値電圧Ｖｔｈ２が高いために常にローレベルを出力する。したがって、Ｅ−ＯＲ回路８４は、コンパレータ７３がハイレベルを出力する場合にのみハイレベルを出力し、上記回転検出を行う。
【００７６】
（非クランプ期間の回転検出動作）
非クランプ期間には、コンパレータ７３は、リーク電流がない場合には、当然、回転を検出する。しかし、リーク電流があると、入力端７１の電位がハイレベルとなるので、常時ハイレベルを出力し、回転を検出できない。
【００７７】
これに対し、コンパレータ８１は、リーク電流がある場合に非クランプなので、Ｐｙ電位が高電位にあり、回転開始してＶｔｈ２を下まわったらパルスを出力し、回転を検出する。回転していなければ、パルスは発生せず、回転していないことを検出することができる。
【００７８】
結局、両コンパレータ７３、８１は、クランプ期間及び非クランプ期間の両方において、リーク電流がない場合に一方がパルス信号を出力し、他方がハイレベルを出し、リーク電流がある場合に一方がハイレベルを出力し、他方がパルス信号を出力する。その結果、Ｅ−ＯＲ回路は、クランプ期間と非クランプ期間の両方において回転時にパルス信号を出力することができる。
【００７９】
この実施例においても、クランプスイッチ７６０のオン期間をその非クランプ期間に比較して相対的に短縮して発電立ち上がり後の出力ロスを低減することができる。
【００８０】
また、発電電圧の整流値が十分大きい場合には、クランプスイッチをオンしない回路を追加して上記出力ロスの更なる低減を図ることもできる。
【００８１】
（変形態様）
なお、ピークディテクタ７７の出力信号に基づいてクランプスイッチ７６のオン期間に重なる所定期間に界磁巻線５に励磁電流を通電することも可能であり、検出感度を向上することができる。
【００８２】
この場合、回転子が回転しておらず、リーク電流によるＹ相出力電圧Ｐｙの上昇に伴って、第２コンパレータ７８が反転して励磁電流通電開始し、所定期間が経過して励磁電流通電が終了した場合、リーク電流が残っていれば続けて励磁電流通電モ−ドに突入するのでバッテリの浪費を招く恐れがある。これを防止するために、この所定期間よりも十分に長い所定の休止時間を設定し、励磁電流通電終了直後からこの休止期間の間は励磁電流の通電を禁止すれば、バッテリの浪費を抑制することができる。
【００８３】
【実施例４】
実施例４の装置を図６を参照して以下に説明する。この実施例は、図３に示す実施例２の副電源回路６５において、パルス発生器９１、オア回路９２を追加したものである。
【００８４】
すなわち、実施例２で説明したコンパレータ７８が回転を仮に検出してタイマ回路７９が決定するクランプスイッチ７６を閉成する所定期間の間、パルス発生器９１は所定デューティ比のパルス信号電圧を発生してオア回路９２を通じてパワートランジスタ６１を作動させ、上記所定デューティ比の励磁電流通電を行う。
【００８５】
これにより、回転検出後ただちに界磁巻線５に励磁電流をアシスト通電して発電電圧を増大できるため、信号検出精度を向上させることができる。
【００８６】
【実施例５】
実施例５の装置を図７を参照して以下に説明する。この実施例は、図５に示す実施例３の副電源回路６５において、第２のタイマ回路９３、パルス発生器９１、オア回路９２を追加したものである。
【００８７】
すなわち、実施例３で説明したコンパレータ７８が回転を仮に検出したら、第２のタイマ回路９３が決定する所定期間の間、パルス発生器９１は所定デューティ比のパルス信号電圧を発生してオア回路９２を通じてパワートランジスタ６１を作動させ、上記所定デューティ比の励磁電流通電を行う。
【００８８】
これにより、回転検出後ただちに界磁巻線５に励磁電流をアシスト通電して発電電圧を増大できるため、信号検出精度を向上させることができる。
【００８９】
なお、この実施例では、コンパレータ７８による回転検出後、第２のタイマ回路９３が上記励磁電流のアシスト通電を指令する期間は、第１のタイマ回路がクランプスイッチ７６ａをオンする期間よりも長く設定されている。
【００９０】
その結果、クランプスイッチ７６ａがターンオン状態かつ励磁電流アシスト状態で、コンパレータ７３が検出を行い、更にその後、クランプスイッチ７６ａがターンオフ状態かつ励磁電流アシスト状態で、コンパレータ８１が検出を行うことができ、リーク発生時には、コンパレータ７３、８１が順次パルス信号を出力することができ、検出精度を向上することができる。
【００９１】
なお上記した実施例４、５において、リーク電流増大時にも励磁電流アシストが生じるが、その期間（励磁電流アシスト期間）はタイマ７９又は９３が決定する所定短時間であるので、無駄な電力消費が持続することはない。
【００９２】
【変形態様】
上記した実施例４を説明する図６のタイマ回路７９、又は、図７のタイマ回路９３に、励磁電流アシスト期間の終了後、この励磁電流アシスト期間よりも長期間の間、次の励磁電流アシスト期間の開始を禁止する励磁電流アシスト禁止期間を設定する機能を与えることができる。
【００９３】
これにより、励磁電流通電による電流浪費を抑止することができる。
【００９４】
なお、この種のタイマ機能は周知であり、かつ、ソフトウエアにより実現することも容易であり、タイマ回路の回路構成の図示は省略する。
【００９５】
【変形態様】
なお、上記各実施例では、回転子に巻装した界磁巻線にブラシ、スリップリングを通じて界磁電流を給電して回転磁界を発生する界磁巻線回転式同期発電機構成の車両用交流発電機に本発明を適用した場合を説明したが、その他、固定子鉄心に界磁巻線を巻装した界磁巻線固定式同期発電機構成に本発明を適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示すブロック回路図である。
【図２】実施例１の副電源回路を示す回路図である。
【図３】実施例２の副電源回路を示す回路図である。
【図４】実施例２の動作を示すタイミングチャートである。
【図５】実施例３の副電源回路を示す回路図である。
【図６】実施例４の副電源回路を示す回路図である。
【図７】実施例５の変形態様を示す回路図である。
【図８】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【図９】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【図１０】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【図１１】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【図１２】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【図１３】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【図１４】従来のリーク電流発生時の信号発生状態を示す模式説明図である。
【符号の説明】
１車両用発電機
３電機子巻線
５界磁巻線
６電圧制御装置
６３電圧制御回路
６４主電源回路
６５副電源回路
７１しきい値選択回路
７３、７９、８１コンパレータ
７４カウンタ回路
７６クランプスイッチ

Claims

磁極を有して回転磁界を発生する回転子と、前記磁極を磁化するための界磁巻線と、前記回転磁界により交流電圧を誘起する電機子巻線と、前記交流電圧を整流して車載バッテリを充電する全波整流回路と、前記電機子巻線の発電電圧に基づいて回転開始を検出する回転検出回路と、前記通電電流を制御して前記全波整流装置の出力電圧を制御する電圧制御回路とを備える制御装置において、
前記回転検出回路は、
前記車載バッテリの負極電位より高く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも小さい第１のしきい値と、前記車載バッテリの公称電圧よりも低く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも大きい第２のしきい値と、
前記電機子巻線の出力端を所定電位にクランプするクランプスイッチと、
前記第１のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオン時に比較し、かつ、前記第２のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオフ時に比較して前記回転子の回転を検出する比較回路と、
を備えることを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
磁極を有して回転磁界を発生する回転子と、前記磁極を磁化するための界磁巻線と、前記回転磁界により交流電圧を誘起する電機子巻線と、前記交流電圧を整流して車載バッテリを充電する全波整流回路と、前記電機子巻線の発電電圧に基づいて回転開始を検出する回転検出回路と、前記通電電流を制御して前記全波整流装置の出力電圧を制御する電圧制御回路とを備える制御装置において、
前記回転検出回路は、
前記車載バッテリの負極電位より高く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも小さい第１のしきい値と、前記車載バッテリの公称電圧よりも低く、前記車載バッテリの公称電圧の２分の１よりも大きい第２のしきい値とを備え、
更に、前記電機子巻線の出力端を所定電位にクランプするクランプスイッチと、
前記第１のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオン時及びオフ時の両方において比較する第一比較部と、
前記第２のしきい値と前記電機子巻線の出力電圧とを前記クランプスイッチのオン時及びオフ時の両方において比較する第二比較部とを有し、
前記両比較部の出力に基づいて回転を検出することを特徴とする車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記電機子巻線の出力端と前記全波整流装置の低電位端とを接続するとともに、前記クランプスイッチと並列に接続された第１の抵抗素子を有することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記クランプスイッチと直列に接続されて前記電機子巻線の出力端と前記全波整流装置の低電位端との間に配置される第２の抵抗素子を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記第２の抵抗素子は、前記第１の抵抗素子よりも低抵抗値をもつことを特徴とする請求項４記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記電機子巻線の出力電圧が所定しきい値を超えた場合に所定の励磁電流アシスト期間だけ前記界磁巻線に励磁電流アシスト通電を実施する励磁電流アシスト手段とを有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記励磁電流アシスト手段は、前記励磁電流アシスト期間に前記励磁電流アシスト通電を断続実施することを特徴とする請求項６記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記励磁電流アシスト手段は、前記励磁電流アシスト期間の終了後、前記励磁電流アシスト期間よりも長時間、次の励磁電流アシスト通電を禁止することを特徴とする請求項６又は７記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。