JP2007116758A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低速双方向通信を行う通信回路に進入する電気ノイズを低減し、ＥＭＣ性能を向上させることができる車両用発電制御装置を提供すること。
【解決手段】車両用発電機２の出力電圧を制御する車両用発電制御装置１であって、ＥＣＵ７との間でデジタル通信を行う通信回路１２０を内蔵するＩＣ回路１００と、通信線が接続された通信端子ＣとＩＣ回路１００との間に挿入され、ＩＣ回路１００に対して外付け部品となる抵抗１３０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載されて車両用発電機の発電状態を制御する車両用発電制御装置に関する。

従来から、車両用発電機に内蔵された電圧制御装置と車両側のエンジン制御装置との間で低速双方向デジタル通信を行う構成が知られている（例えば、特許文献１参照。）。車両用発電機に内蔵された電圧制御装置では、通信回路の通信端子に通信レシーバとしての電圧比較器と通信ドライバとしてのトランジスタが直接接続されており、通信端子を介して接続された通信線を通してエンジン制御装置との間でデータの送受信が行われる。
米国特許第６５６７４７６号明細書（第１−５頁、図１−９）

ところで、特許文献１に開示された電圧制御装置では、通信端子に通信線を通して外部から通信回路に電気ノイズが進入するとレシーバが誤動作するおそれがあるという問題があった。例えば、電気ノイズとしては、ＥＳＤ（静電気放電）やＣＩノイズ、ＲＩノイズなどが考えられ、これらの電気ノイズを抑制して、特許文献１に開示された低速双方向通信を行う通信回路におけるＥＭＣ（電磁気環境両立性）性能を向上させることができる手法が望まれている。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、低速双方向通信を行う通信回路に進入する電気ノイズを低減し、ＥＭＣ性能を向上させることができる車両用発電制御装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電制御装置は、車両用発電機の出力電圧を制御しており、外部制御装置との間でデジタル通信を行う通信回路を内蔵するＩＣ回路と、通信線が接続された通信端子とＩＣ回路との間に挿入され、ＩＣ回路に対して外付け部品となる抵抗とを備えている。ＩＣ回路と通信端子との間に抵抗を挿入することにより、デジタル通信を行うために設けられた通信端子に通信線を通して外部から進入した電気ノイズを減衰させることができ、電気ノイズの低減に伴ってＥＭＣ性能を向上させることができる。ＩＣ回路のＥＭＣ対策は、ＩＣ回路の設計変更等のため長期間が必要になる。特に、デジタル通信を行う場合には、通信ドライバの動作速度が速いため、電気ノイズ吸収用に単純に大きなコンデンサをつけることができない。本発明によれば、ＩＣ回路とは別にディスクリート部品としての抵抗を追加するだけでよいため、対策に要する時間の短縮が可能であって、電気ノイズを低減することができる。

また、一方端がＩＣ回路と抵抗の接続点に接続され、他方端が接地されたコンデンサをさらに備えることが望ましい。これにより、抵抗とコンデンサによって構成されるＣＲフィルタ（ローパスフィルタ）によって電気ノイズを減衰させることができるため、ＩＣ回路に進入する電気ノイズを確実に低減することができる。

また、上述した通信端子を通信線に接続するコネクタ部と、コネクタ部と一体成形され、ＩＣ回路と抵抗とを接続する配線が形成されたケースとを備え、配線の一方端と通信端子との間に抵抗が接続され、配線の他方端にＩＣ回路が接続されることが望ましい。これにより、ケース内の配線を利用してＩＣ回路の外付け部品としての抵抗を追加することができるため、ケースの一部変更で対処することが可能になり、抵抗追加のための設計変更が容易となる。

また、上述した通信回路によって行われるデジタル通信は、低速双方向デジタル通信であることが望ましい。これにより、特許文献１に開示された低速双方向デジタル通信において進入する電気ノイズを低減して車両用発電制御装置の誤動作を防止することができる。

また、上述した抵抗の抵抗値は、２００Ωよりも小さな値に設定されていることが望ましい。これにより、通信回路から信号を送信する際の抵抗による電圧降下を少なくすることができ、抵抗を追加したことによる弊害を回避することができる。

また、上述したＩＣ回路と抵抗は、通信端子に進入した電気ノイズが抵抗で減衰する際に生じる電磁ノイズの影響を受けない距離だけ互いに離間して配置されることが望ましい。これにより、抵抗を追加したことによる電気ノイズ低減の効果を確実にすることができる。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電制御装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、一実施形態の車両用発電制御装置が内蔵された車両用発電機の構成を示す図であり、あわせてこの車両用発電機とバッテリや外部制御装置としてのＥＣＵ（電子制御装置）や電気負荷との接続状態が示されている。

図１に示すように、本実施形態の車両用発電機２は、整流器２０、界磁巻線２１、電機子巻線２２、車両用発電制御装置１を含んで構成されている。この車両用発電機２は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。界磁巻線２１は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線２１は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。電機子巻線２２は、多相巻線（例えば三相巻線）であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成している。この電機子巻線２２は、界磁巻線２１の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。電機子巻線２２に誘起される交流出力が整流器２０に供給される。整流器２０は、電機子巻線２２の交流出力を全波整流する。整流器２０の出力が、車両用発電機２の出力として外部に取り出され、バッテリ４や電気負荷スイッチ５を介して電気負荷６に供給される。車両用発電機２の出力は、回転子の回転数や界磁巻線２１に流れる励磁電流の通電量に応じて変化し、その励磁電流は車両用発電制御装置１によって制御される。

車両用発電機２にはＥＣＵ７が接続されている。このＥＣＵ７は、車両用発電制御装置１に対する起動指示を行うとともに、車両用発電機２の出力電圧を外部から制御する。具体的には、ＥＣＵ７は、バイアス抵抗７０、通信回路７１、他の回路７５を備えている。通信回路７１は、通信端子Ｃおよび通信線を介して車両用発電制御装置１との間で、特許文献１に開示されている低速双方向デジタル通信を行うためのものであり、電圧比較器によって構成される通信レシーバ７２と、トランジスタによって構成される通信ドライバ７３と、低速双方向デジタル通信用の通信プロトコルにしたがってデータの送受信処理を行う通信ロジック７４とを含んでいる。通信レシーバ７２は、通信端子Ｃに現れる電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応じたハイレベル／ローレベルの信号を出力する。基準電圧として例えばバッテリ電圧の１／２の電圧が用いられ、通信レシーバ７２は、Ｃ端子の電圧がこの基準電圧よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、反対に低いときにローレベルの信号を出力する。通信ドライバ７３は、この通信ドライバ７３を構成するトランジスタのコレクタが通信端子Ｃに接続されているとともにバイアス抵抗７０およびスイッチ３を介してバッテリ４のプラス端子に接続され、エミッタが接地され、ベースが通信ロジック７４に接続されている。上記の低速双方向デジタル通信では、バイアス抵抗７０の抵抗値は１ｋΩに設定されている。他の回路７５は、車両用発電制御装置１に対する起動指示や車両用発電機２の出力電圧指示、エンジン制御等の処理を行う。

次に、車両用発電制御装置１の詳細について説明する。車両用発電制御装置１は、電源回路１１０、スイッチングトランジスタ１１１、環流ダイオード１１２、電圧調整回路１１３、通信回路１２０を含んで構成されている。

電源回路１１０は、通信回路１２０から起動指示信号が入力されたときに動作を開始し、車両用発電制御装置１内の各部に動作電圧を供給する。スイッチングトランジスタ１１１は、ベースが電圧調整回路１１３に接続され、コレクタが還流ダイオード１１２を介して車両用発電機２の出力端子（Ｂ端子）に接続され、エミッタが接地されている。また、スイッチングトランジスタ１１１のコレクタは界磁巻線２１に接続されており、スイッチングトランジスタ１１１がオンされると界磁巻線２１に励磁電流が流れ、オフされるとこの通電が停止される。還流ダイオード１１２は、界磁巻線２１と並列に接続されており、スイッチングトランジスタ１１１がオフされたときに、界磁巻線２１に流れる励磁電流を還流させる。電圧調整回路１１３は、車両用発電機２の出力電圧と調整電圧設定値とを比較し、比較結果に応じてパワートランジスタ１１１をオンオフ制御する。例えば、出力電圧が調整電圧設定値よりも低い場合には、所定のデューティ比でパワートランジスタ１１１がオンされる。反対に、出力電圧が調整電圧設定値よりも高い場合にはパワートランジスタ１１１がオフされる。調整電圧設定値は、通信回路１２０から入力される調整電圧設定信号に基づいて設定される。

通信回路１２０は、通信端子Ｃを介してＥＣＵ７との間で低速双方向デジタル通信を行うためのものであり、電圧比較器によって構成される通信レシーバ１２１と、トランジスタによって構成される通信ドライバ１２２と、低速双方向デジタル通信用の通信プロトコルにしたがってデータの送受信処理を行う通信ロジック１２３とを含んでいる。通信レシーバ１２１は、通信端子Ｃに現れる電圧と基準電圧とを比較し、比較結果に応じたハイレベル／ローレベルの信号を出力する。基準電圧としては、例えばバッテリ電圧の１／２の電圧が用いられ、通信レシーバ１２１は、Ｃ端子の電圧がこの基準電圧よりも高いときにハイレベルの信号を出力し、反対に低いときにローレベルの信号を出力する。通信ドライバ１２２は、この通信ドライバ１２２を構成するトランジスタのコレクタが抵抗１３０（後述する）を介して通信端子Ｃに接続され、エミッタが接地され、ベースが通信ロジック１２３に接続されている。上述した通信回路１２０、電源回路１１０、パワートランジスタ１１１、環流ダイオード１１２、電圧調整回路１１３の全体がＩＣ回路１００として集積化されている。

また、本実施形態では、ＩＣ回路１００の外付け部品として、ディスクリート部品としての抵抗１３０、コンデンサ１３２、１３４が備わっている。抵抗１３０は、ＩＣ回路１０内の通信回路１２０とＣ端子との間に接続されている。この抵抗１３０は、ＥＣＵ７に備わったバイアス抵抗７０の抵抗値（１ｋΩ）に対して十分小さな抵抗値を有している。具体的には、２００Ωよりも小さな抵抗値を有している。また、この抵抗１３０は、通信端子Ｃに進入した電気ノイズが抵抗１３０で減衰する際に生じる電磁ノイズの影響をＩＣ回路１００が受けない距離だけＩＣ回路１００に対して離間して配置されている。コンデンサ１３２は、一方端が抵抗１３０と通信回路１２０の接続点に接続され、他方端が接地されている。このコンデンサ１３２は、抵抗１３０とともにローパスフィルタを構成しており、通信端子Ｃを介したデジタル信号の電圧波形のなまりが大きくならないような静電容量値、具体的には１〜５０ｎＦの範囲内の静電容量値を有している。なお、コンデンサ１３２は、電気ノイズ対策の効果を高めるためにはあった方が好ましいが、抵抗１３０だけで十分な場合にはなくてもよい。また、コンデンサ１３４は、雑音防止用であり、一方端が車両用発電機２の出力端子に接続され、他方端が接地されている。

図２は、車両用発電制御装置１の断面図である。また、図３は車両用発電制御装置１の平面図である。これらの図２に示すように、車両用発電制御装置１は、通信端子Ｃを包囲する形状を有するコネクタ部２００と、一部が各種端子（図１に示すＢ端子、Ｅ端子、Ｆ端子、Ｐ端子）となるターミナル２０２、２０４、２０６、２０８と、ＩＣ回路１００と、このＩＣ回路１００に高熱伝導接着剤を用いて接着された放熱フィン２１０と、コネクタ部２００が一体成型されるとともにターミナル２０２、２０４、２０６、２０８がインサート成型された樹脂ケース２１２と、樹脂ケース２１２の所定位置に外付け部品として電気的に接合（例えば半田付け）される抵抗１３０、コンデンサ１３２（図２には現れていない）、１３４と、これらの外付け部品を樹脂封止する封止樹脂２１４とを備えている。樹脂ケース２１２には、ＩＣ回路１００と抵抗１３０とを接続する配線１４０が形成されている。この配線１４０の一方端と通信端子Ｃとの間に抵抗１３０が接続され、配線１４０の他方端にＩＣ回路１００が接続されている。

本実施形態の車両用発電機２および車両用発電制御装置１はこのような構成を有しており、次に、通信端子Ｃに進入するノイズについて説明する。通信回路１２０では信号を送信しない場合には送信ドライバ１２２はオフしており、通信端子Ｃはバッテリ電圧となっている。この状態で通信端子Ｃに電気ノイズが進入すると、ディスクリート部品としての抵抗１３０とこの抵抗１３０からＩＣ回路１００までの配線に浮遊する容量とで形成されるＣＲフィルタ（ローパスフィルタ）で電気ノイズのエネルギーを吸収することができるため、通信回路１２０内の通信レシーバ１２１に電気ノイズが進入することを防止することができる。

また、ＥＣＵ７からローレベルのデジタル信号が送られてくる場合には、ＥＣＵ７側の通信ドライバ７３がオンされ、通信端子Ｃの電圧がほぼ０Ｖになる。車両の電子機器（電気負荷）の間でのグランド電位の変動を最大１Ｖと考えると、車両用発電制御装置１側の通信レシーバ１２１が検出する通信端子Ｃの電圧は１Ｖ以下となる。バッテリ電圧は、エンジン始動時を考慮して５Ｖから１６Ｖまで変化するものとしても、通信レシーバ１２１の閾値となる基準電圧は２．５Ｖ以上であり、１Ｖ以下のローレベルを余裕を持って検出することができる。

また、車両用発電制御装置１からＥＣＵ７に向けてローレベルのデジタル信号を送る場合には、通信ドライバ１２２による電圧降下がほぼ１Ｖであり、バッテリ電圧の最低値とグランド電位の変動を考えると、抵抗１３０における電圧降下は０．５Ｖ以下にする必要がある。したがって、抵抗１３０の抵抗値をＲとすると、（（５Ｖ−１Ｖ−１Ｖ）／（１ｋΩ＋Ｒ））×Ｒ＜０．５Ｖの関係を満たす必要があり、Ｒは２００Ω以下となる。この場合も、通信端子Ｃから車両用発電制御装置１に進入した電気ノイズは、ディスクリート部品である抵抗１３０とこの抵抗１３０からＩＣ回路１００までの配線に浮遊する容量とで形成されるＣＲフィルタによって減衰される。なお、図１に点線で示すように、抵抗１３０とＩＣ回路１００との接続点とグランド（Ｅ端子）との間に、ディスクリート部品としてのコンデンサ１３２を接続することにより、より確実に電気ノイズを吸収することができる。

このように、ＩＣ回路１００と通信端子Ｃとの間にディスクリート部品としての抵抗１３０を挿入することにより、デジタル通信を行うために設けられた通信端子Ｃに通信線を通して外部から進入した電気ノイズを減衰させることができ、電気ノイズの低減に伴ってＥＭＣ性能を向上させることができる。ＩＣ回路１００のＥＭＣ対策は、ＩＣ回路１００の設計変更等のため長期間が必要になる。特に、デジタル通信を行う場合には、通信ドライバの動作速度が速いため、電気ノイズ吸収用に単純に大きなコンデンサをつけることができない。本実施形態の車両用発電制御装置１では、ＩＣ回路１００とは別にディスクリート部品としての抵抗１３０を追加するだけでよいため、対策に要する時間の短縮が可能であって、電気ノイズを低減することができる。特に、一方端がＩＣ回路１００と抵抗１３０の接続点に接続され、他方端が接地されたコンデンサ１３２をさらに備えることにより、抵抗１３０とコンデンサ１３２によって構成されるＣＲフィルタ（ローパスフィルタ）によって電気ノイズを減衰させることができるため、ＩＣ回路１００に進入する電気ノイズを確実に低減することができる。

また、樹脂ケース２１２内の配線１４０を利用してＩＣ回路１００の外付け部品としての抵抗１３０を追加することができるため、樹脂ケース２１２の一部変更で対処することが可能になり、抵抗１３０追加のための設計変更が容易となる。

また、通信回路１２０によって行われるデジタル通信は低速双方向デジタル通信であり、特許文献１に開示された低速双方向デジタル通信において進入する電気ノイズを低減して車両用発電制御装置１の誤動作を防止することができる。

また、抵抗１３０の抵抗値を２００Ωよりも小さな値に設定することにより、通信回路１２０から信号を送信する際の抵抗１３０による電圧降下を少なくすることができ、抵抗１３０を追加したことによる弊害を回避することができる。

また、ＩＣ回路１００と抵抗１３０を、通信端子Ｃに進入した電気ノイズが抵抗１３０で減衰する際に生じる電磁ノイズの影響を受けない距離だけ互いに離間して配置しているため、抵抗１３０を追加したことによる電気ノイズ低減の効果をさらに確実にすることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図２に示したように、ＩＣ回路１００と抵抗１３０とが樹脂ケース２１２内で立体的に配置された場合について説明したが、セラミックス基板上に通信回路が内蔵されたモノリシックＩＣ回路と抵抗、コンデンサとを平面的に配置しても電気ノイズ低減に関して同様の効果を得ることができる。

一実施形態の車両用発電制御装置が内蔵された車両用発電機の構成を示す図である。 車両用発電制御装置の断面図である。 車両用発電制御装置の平面図である。

符号の説明

１ 車両用発電制御装置
２ 車両用発電機
３ キースイッチ
４ バッテリ
５ 電気負荷スイッチ
６ 電気負荷
７ ＥＣＵ（電子制御装置）
２０ 整流器
２１ 界磁巻線
２２ 電機子巻線
７０ バイアス抵抗
７１、１２０ 通信回路
７２、１２１ 通信レシーバ
７３、１２２ 通信ドライバ
７４、１２３ 通信ロジック
１００ ＩＣ回路
１１０ 電源回路
１１１ スイッチングトランジスタ
１１２ 環流ダイオード
１１３ 電圧調整回路
１３０ 抵抗
１３２、１３４ コンデンサ

Claims (6)

1. 車両用発電機の出力電圧を制御する車両用発電制御装置であって、
   外部制御装置との間でデジタル通信を行う通信回路を内蔵するＩＣ回路と、
   通信線が接続された通信端子と前記ＩＣ回路との間に挿入され、前記ＩＣ回路に対して外付け部品となる抵抗と、
   を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
2. 請求項１において、
   一方端が前記ＩＣ回路と前記抵抗の接続点に接続され、他方端が接地されたコンデンサをさらに備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
3. 請求項１または２において、
   前記通信端子を通信線に接続するコネクタ部と、
   前記コネクタ部と一体成形され、前記ＩＣ回路と前記抵抗とを接続する配線が形成されたケースと、
   を備え、前記配線の一方端と前記通信端子との間に前記抵抗が接続され、前記配線の他方端に前記ＩＣ回路が接続されることを特徴とする車両用発電制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記通信回路によって行われるデジタル通信は、低速双方向デジタル通信であることを特徴とする車両用発電制御装置。
5. 請求項４において、
   前記抵抗の抵抗値は、２００Ωよりも小さな値に設定されていることを特徴とする車両用発電制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記ＩＣ回路と前記抵抗は、前記通信端子に進入した電気ノイズが前記抵抗で減衰する際に生じる電磁ノイズの影響を受けない距離だけ互いに離間して配置されることを特徴とする車両用発電制御装置。
   

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