JP2007089358A - 車両用交流発電機の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な回路で回転子コイルの界磁電流を減衰させて、信頼性を向上させるとともにコストを低減した車両用交流発電機の制御装置を得る。
【解決手段】電機子コイル１２、整流回路１３、回転子コイル１５、電圧制御回路１００を備え、整流回路１３は、交流入力端Ａ、正出力端Ｂ、負出力端Ｃを有する。電圧制御回路１００は、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１を超えたときに界磁電流ｉＦを遮断し、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１以下を示すときに界磁電流ｉＦを通電して、発電電圧ＶＧをほぼ一定に制御するとともに、界磁電流ｉＦが遮断されたときに、界磁電流ｉＦを還流させるダイオード１０３および電流減衰素子１０４からなる還流回路と、電流減衰素子１０４を短絡する短絡回路１０５と、発電電圧ＶＧが第２の所定電圧ＶＲ２を超えたときに短絡回路１０５を開放する短絡制御回路１０６とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、車両用交流発電機の制御装置に関し、特に信頼性向上およびコスト低減を実現するための新規な技術に関するものである。

従来の車両用交流発電機の制御装置は、界磁電流を速やかに低減させるために、抵抗やダイオードを用いて、界磁電流によるエネルギを消費する回路に切り替えている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−１７４７９９号公報

従来の車両用交流発電機の制御装置では、減衰する第１の回路と、減衰しない第２の回路とを２つのスイッチで切り替えているので、構造が複雑になって高価になるという課題があった。
また、第１および第２の回路が個々にダイオードを有しているので、部品点数が多くなり、さらに高価になるという課題があった。
さらに、２つのスイッチが同時にオフした場合に、過電圧破壊してしまう可能性があるので、これを回避するための別の回路が必要となり、構造がさらに複雑になるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、簡単な回路で回転子コイルの界磁電流の減衰を可能にすることにより、信頼性の向上およびコストの低減を実現した車両用交流発電機の制御装置を得ることを目的とする。

この発明による車両用交流発電機の制御装置は、固定子鉄心に巻かれた電機子コイルと、電機子コイルに接続された整流回路と、電機子コイルに対して相対的に回転するように支持された回転子と、回転子の磁極をＮ極およびＳ極に励磁する回転子コイルと、整流回路から出力される発電電圧をほぼ一定に制御する電圧制御回路とを備え、整流回路は、電機子コイルに発生する交流電圧を取り込んで直流に整流するための交流入力端と、直流の正電圧を出力する正出力端と、直流の負電圧を出力する負出力端とを有し、電圧制御回路は、発電電圧が第１の所定電圧を超えたときに回転子コイルの界磁電流を遮断し、発電電圧が第１の所定電圧以下を示すときに界磁電流を通電することにより、発電電圧をほぼ一定に制御する車両用交流発電機において、電圧制御回路は、界磁電流が遮断されたときに、界磁電流を還流させるダイオードおよび電流減衰素子の直列回路からなる還流回路と、電流減衰素子を短絡する短絡回路と、発電電圧が第２の所定電圧を超えたときに短絡回路を開放する短絡制御回路とを含むものである。

この発明によれば、簡単な回路で回転子コイルの界磁電流を減衰させることができ、信頼性を向上させるとともに、コストを低減することができる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の制御装置を概念的に示す回路図である。
図１において、交流発電機の制御装置１０は、車載のバッテリ１に接続されている。
バッテリ１には、各種の車載機器が電気負荷２として接続されている。
交流発電機の制御装置１０は、各車載機器のＯＮ／ＯＦＦによって変動する電気負荷２に対応して発電電圧を制御する。

交流発電機の制御装置１０は、固定子鉄心１１に巻かれた３相の電機子コイル１２と、電機子コイル１２に接続された整流回路１３と、電機子コイル１２に対して相対的に回転するように支持された回転子１４と、回転子１４の磁極をＮ極およびＳ極に励磁する回転子コイル１５と、整流回路１３から出力される発電電圧ＶＧをほぼ一定に制御する電圧制御回路と１００を備えている。

整流回路１３は、電機子コイル１２に発生する交流電圧を取り込んで直流に整流するための交流入力端Ａと、直流の正電圧を出力する正出力端Ｂと、直流の負電圧を出力する負出力端Ｃと、正出力端Ｂと負出力端Ｃとの間に挿入された複数（３対）のダイオードＤとを有する。
また、回転子１４および回転子コイル１５は、スリップリング１６およびブラシ１７を介して回転可能に支持されている。

電圧制御回路１００は、回転子コイル１５の界磁電流ｉＦを通電遮断するＭＯＳＦＥＴからなるパワートランジスタ１０１と、パワートランジスタ１０１をＯＮ／ＯＦＦ制御する第１の比較器１０２とを備えている。
第１の比較器１０２において、反転入力端子（−）には、入力抵抗１０７を介した発電電圧ＶＧ（整流回路１３の出力電圧）が入力され、非反転入力端子（＋）には、比較基準となる第１の所定電圧ＶＲ１が入力されている。

第１の比較器１０２は、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１を超えたときには界磁電流ｉＦを遮断し、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１以下を示すときには界磁電流ｉＦを通電することにより、発電電圧ＶＧをほぼ一定に制御する。

また、電圧制御回路１００は、ダイオード１０３と抵抗（電流減衰素子）１０４との直列回路からなる還流回路と、抵抗１０４を短絡する常閉のスイッチ１０５（短絡回路）と、スイッチ１０５を開放制御する第２の比較器１０６（短絡制御回路）とを備えている。
ダイオード１０３および抵抗１０４からなる還流回路は、界磁電流ｉＦが遮断されたときに、界磁電流ｉＦを還流させる。

第２の比較器１０６において、反転入力端子（−）には、入力抵抗１０７を介した発電電圧ＶＧが入力され、非反転入力端子（＋）には、比較基準となる第２の所定電圧ＶＲ２が入力されている。
第２の比較器１０６は、発電電圧ＶＧが第２の所定電圧ＶＲ２を超えたときにスイッチ１０５を開放する。
なお、第２の所定電圧ＶＲ２は、第１の所定電圧ＶＲ１よりも高く設定されている。

次に、図１に示したこの発明の実施の形態１による具体的な動作について説明する。
還流回路の抵抗１０４は、通常は、図示されたように、常閉のスイッチ１０５によって短絡されている。
電圧制御回路１００内の第１の比較器１０２は、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１以下を示す場合、パワートランジスタ１０１をＯＮさせて、回転子コイル１５に界磁電流ｉＦを流す。

一方、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１を超えると、第１の比較器１０２は、パワートランジスタ１０１をＯＦＦにして、界磁電流ｉＦを低減させる。
すなわち、パワートランジスタ１０１をＯＦＦした際に、還流回路の抵抗１０４は短絡されているので、スイッチ１０５およびダイオード１０３を介して還流電流が流れ、界磁電流ｉＦはしだいに減衰する。

その後、発電電圧ＶＧが第１の所定電圧ＶＲ１以下に低下すると、第１の比較器１０２は、再びパワートランジスタ１０１をＯＮさせることにより、界磁電流ｉＦを増大させて発電電圧ＶＧを上昇させる。
なお、通常時に流れる還流電流は、短絡中の抵抗１０４を流れることがないので、損失を抑制することができる。
上記通常動作については、従来のオルタネータと同様である。

一方、電気負荷２の遮断などによって、発電電圧ＶＧが急増して第２の所定電圧ＶＲ２（＞ＶＲ１）を超えた場合には、パワートランジスタ１０１が第１の比較器１０２によってＯＦＦされるのみならず、同時に、抵抗１０４を短絡していたスイッチ１０５は、第２の比較器１０６の出力信号によってＯＦＦされる。

これにより、還流電流は、抵抗１０４およびダイオード１０３を介して流れるので、通常時よりも速やかに減衰する。
このように、１つのスイッチ１０５をＯＮ／ＯＦＦ制御するのみで、従来のオルタネータと同様の高効率動作を維持しつつ、電気負荷２のＯＦＦ時において、界磁電流ｉＦを速やかに減衰させる動作に切り替えることができる。
したがって、簡単な回路で回転子コイル１５の界磁電流ｉＦを減衰させることができ、信頼性を向上させるとともに、コストを低減することができる。

また、第２の比較器１０６（短絡制御回路）の判定基準となる第２の所定電圧ＶＲ２は、第１の所定電圧ＶＲ１よりも高く設定されており、通常使用時におけるスイッチ１０５（短絡回路）のＯＮ（短絡）状態が確保されるので、抵抗１０４（減衰素子）の発熱および損失が回避されて、高効率を維持することができる。
なお、抵抗１０４の短絡回路として、機械的に開閉されるスイッチ１０５を用いたが、半導体スイッチを用いてもよい。
また、還流回路内の減衰素子として、抵抗１０４を用いたが、ツェナーダイオードを用いてもよい。

この発明の実施の形態１に係る車両用交流発電機の制御装置を概念的に示す回路図である。

符号の説明

１ バッテリ、２ 電気負荷、１０ 交流発電機の制御装置、１１ 固定子鉄心、１２電機子コイル、１３ 整流回路、１４ 回転子、１５ 回転子コイル、１００ 電圧制御回路、１０２ 第１の比較器、１０３ ダイオード、１０４ 抵抗（電流減衰素子）、１０５ スイッチ（短絡回路）、１０６ 第２の比較器（短絡制御回路）、Ａ 交流入力端、Ｂ 正出力端、Ｃ 負出力端、ｉＦ 界磁電流、ＶＧ 発電電圧、ＶＲ１ 第１の所定電圧、ＶＲ２ 第２の所定電圧。

Claims (2)

1. 固定子鉄心に巻かれた電機子コイルと、
   前記電機子コイルに接続された整流回路と、
   前記電機子コイルに対して相対的に回転するように支持された回転子と、
   前記回転子の磁極をＮ極およびＳ極に励磁する回転子コイルと、
   前記整流回路から出力される発電電圧をほぼ一定に制御する電圧制御回路とを備え、
   前記整流回路は、前記電機子コイルに発生する交流電圧を取り込んで直流に整流するための交流入力端と、直流の正電圧を出力する正出力端と、直流の負電圧を出力する負出力端とを有し、
   前記電圧制御回路は、前記発電電圧が第１の所定電圧を超えたときに前記回転子コイルの界磁電流を遮断し、前記発電電圧が第１の所定電圧以下を示すときに前記界磁電流を通電することにより、前記発電電圧をほぼ一定に制御する車両用交流発電機において、
   前記電圧制御回路は、
   前記界磁電流が遮断されたときに、前記界磁電流を還流させるダイオードおよび電流減衰素子の直列回路からなる還流回路と、
   前記電流減衰素子を短絡する短絡回路と、
   前記発電電圧が第２の所定電圧を超えたときに前記短絡回路を開放する短絡制御回路と
   を含むことを特徴とする車両用交流発電機の制御装置。
2. 前記第２の所定電圧は、前記第１の所定電圧よりも高く設定された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制御装置。

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