JP3865157B2 - 車両用交流発電機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、永久磁石を備える車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用発電機の界磁電流制御方式として、所定の運転条件下における発電機出力を低減するために界磁電流を制限する界磁電流制限技術が知られており、特開昭５８ー６６５３８号公報は、エンジンが始動して発電電圧が確立した後、所定時間だけ界磁電流を抑制してエンジン負荷の軽減を図ることを提案し、特公平６ー３８７２０号公報は、車両用発電機の冷時に界磁電流を所定の制限値未満に制限してエンジン負荷の軽減を図ることを提案している。
【０００３】
車両用発電機の構成として、永久磁石及び界磁コイルの両方を備える車両用発電機（磁石併用型発電機ともいう）が知られており、例えば爪状磁極を有する界磁鉄心の極間隙間に永久磁石を介設させて出力コイルと鎖交する界磁束を増大させた磁石併用型発電機や、互いに軸方向へ隣接配置された界磁コイル型回転子と永久磁石型回転子とをもつタンデム型の磁石併用型発電機や、エンジン始動時にのみ永久磁石が形成する磁束を減少させる向きに界磁コイルへ通電してその鉄損を低減することによりエンジン負荷を減少させる磁石併用型発電機（特開平６ー２１７４１１号公報）が提案されている。
【０００４】
車両用発電機の他の構成として、永久磁石のみを界磁束発生手段とする車両用発電機（磁石式発電機ともいう）が知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した磁石式発電機や磁石併用型発電機では、出力コイルや界磁コイルの起磁力により形成される磁界（外部磁界ともいう）が永久磁石残留磁束減少方向に作用する場合があり、出力電流又は界磁電流が増大すると永久磁石各部におけるこの外部磁界が永久磁石のＢ−Ｈ曲線の第２象限の肩部を磁束密度減少側に超えて作用して永久磁石の残留磁束密度を減少させてしまう不可逆減磁状態が生じ、このため、出力電流の減少が生じてしまうという不具合があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、磁石発電機や磁石併用型発電機における不可逆減磁を防止可能な発電装置を提供することを、その目的としている。
また、本発明は、磁石式発電機や磁石併用型発電機の出力を確保しつつ、それに使用される永久磁石の不可逆減磁を防止可能な発電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記載の車両用交流発電機は、電機子コイルと、この電機子コイルに出力電流を生じさせる磁束を発生する界磁コイルおよび永久磁石を有する発電機と、前記永久磁石の温度を直接的又は間接的に検出乃至推定する検出手段と、検出乃至推定した前記永久磁石の温度の変動に基づいて前記界磁コイルに通電する励磁電流を変化させることにより前記出力電流を前記永久磁石の不可逆減磁の発生を防止するレベルに制限する電流制限手段とを備えることを特徴としている。
請求項１記載の構成によると、コイルが発生する磁界中に置かれた永久磁石が不可逆減磁を発生する磁気的な特性を有する場合であっても、電流制限手段によって永久磁石温度に応じてコイルへの通電電流が制限されるため、永久磁石の不可逆減磁が防止される。しかもコイル電流を制限することで不可逆減磁が防止できるので、不可逆減磁が生じにくいように永久磁石の磁気的な特性を設計する場合に比べ、簡単に不可逆減磁を防止して永久磁石による磁束を長期間にわたって維持することができる。また、コイルの電流を制限することで、永久磁石の体格の大型化や高価な永久磁石の使用を抑えることができる。
【０００８】
なお、不可逆減磁の防止とは、僅かな減磁をも許容することなく防止する場合はもちろん、ある程度の減磁は許容しながら大幅な減磁を防止する場合をも包含するものである。また、減磁は永久磁石全体の起磁力の低下に限らず、永久磁石の局部的な起磁力の低下として生じる場合も包含する。なお、許容しうる減磁としては、発電機の出力低下あるいは効率低下などの性能低下をきたさない程度の減磁、あるいは発電機性能を大幅に低下させない程度の減磁とすることができる。このような許容範囲は発電機の設計思想、発電機の体格などに応じて適宜設定することができる。なお、減磁状態の防止効果の検証は、例えば出力電流の減少分を検討することにより可能である。
【０００９】
例えば後述する磁石併用型発電機では、所定の使用想定範囲における任意の界磁電流値及び任意の回転数においてこの発電機から永久磁石を取り外した状態と取り付けた状態における出力電流の差の５％以上、出力電流が減少する場合に不可逆減磁状態が生じたものとし、磁石型発電機では、この発電機の所定の使用想定範囲における任意の回転域における出力電流の差の５％以上、出力電流が減少する場合に不可逆減磁状態が生じたものとすることができる。なお、界磁電流及び回転数の上記使用想定範囲は、通常予め規定されている。
【００１０】
また、上記のような不可逆減磁を防止しうる制限された電流値は、永久磁石の材質、磁化量などの磁気的な特性、形状、さらには永久磁石の温度など永久磁石が置かれた環境条件に応じて規定される。ただし、コイルの電流値は、突発的な発電機の運転条件の変動や永久磁石の特性ばらつきによる不可逆減磁の発生を回避するために、不可逆減磁が発生する電流値の８０％〜９０％以下に制限されることが望ましい。
【００１１】
なお、永久磁石の不可逆減磁の防止は、あらゆる使用環境条件下で達成されることが望ましい。ただし、設計時に想定した設計環境条件を外れる使用があった場合には不可逆減磁の発生を許容し、発電機の設計時に想定した所定の設計環境条件下においてのみ、不可逆減磁の防止が達成されてもよい。また、設計条件下では許容しうる不可逆減磁しか発生せず、設計条件外で大幅な不可逆減磁を発生する場合には、設計環境条件外においてのみ不可逆減磁を防止するために電流制限が行われてもよい。
【００１２】
例えば永久磁石の不可逆減磁の発生には温度条件が影響する場合がある。この場合、不可逆減磁の防止は、あらゆる温度条件下で達成されることが望ましい。ただし、設計時に想定した使用温度範囲内においてのみ不可逆減磁の発生が防止されてもよい。さらには、使用温度範囲外においてのみ不可逆減磁の発生が防止されてもよい。
【００１３】
このような不可逆減磁の発生条件を検出して、電流制限を行うために、永久磁石の不可逆減磁に関連する状態量が検出され、電流制限手段は、この検出された状態量に応じて電流制限を制御する。このため、不可逆減磁を生じるおそれのある特定条件下においてのみコイル電流を制限する構成や、不可逆減磁の発生限界に追従してコイル電流を制限するといった構成を採用でき、コイル電流の制限に伴うコイル本来の機能低下を最小限に抑えることができる。
【００１４】
なお、永久磁石の不可逆減磁に関連する状態量としては、永久磁石の温度に関連する状態量が採用される。これにより、永久磁石のＢーＨカーブの温度による変動に対応してコイル電流を制限し、不可逆減磁の発生しやすい温度条件において不可逆減磁を確実に防止することができる。また、永久磁石の温度は、永久磁石の温度を直接的に検出する他に、永久磁石の温度を間接的に検出することで簡単な構成で所要の精度を満足することができる。また、永久磁石の温度を、温度と関連する状態量から推定することもできる。例えば、発電機に装着されるレギュレータの温度、あるいは発電機の発電開始、すなわち起動後の経過時間によって代用することができる。
【００１５】
本発明によると不可逆減磁が生じるおそれのある永久磁石を用いることができるが、永久磁石は発電機が頻繁に使用される温度範囲においては不可逆減磁を発生しにくい磁気的な特性を有することが望ましい。
ただし、低温状態において不可逆減磁を生じやすい永久磁石を用いる場合には、低温時には高温時よりも電流制限を強化して、低温時における不可逆減磁防止効果を強化することが好ましい。この場合、電流制限が必要となる低温状態は、永久磁石の磁気的特性や、永久磁石に加わる逆方向の外部磁界の強度に応じて設定される。また永久磁石としては、発電機の使用頻度の高い温度領域以下の低温状態において不可逆減磁を生じる可能性がある永久磁石を選定することができる。例えば車両用発電機においては使用中の温度が外気温度以上の比較的高温になることから外気温度以下、たとえば６０℃以下において電流制限を行う構成とすることができる。また、常温以下、たとえば０℃以下としてもよい。さらには使用頻度の低い氷点下以下、あるいは稀な領域であるー２０℃以下において電流制限を行ってもよい。このような低温状態において電流制限を行うように永久磁石を選定し、電流制限手段を設けることで、使用頻度が高い温度領域においては電流を制限することなく発電機を動作させることができる。なお、このような低温状態での電流制限は、低温状態において不可逆減磁を生じやすくなる安価なフェライト磁石の選定を可能とするので好適である。
【００１６】
また、高温状態において、不可逆減磁が生じやすい永久磁石を用いる場合には、高温状態が検出されるときに発電機のコイル電流を制限することが望ましい。このような高温状態において電流制限を行うよう永久磁石を選定し、電流制限手段を設けることで、使用頻度の高い温度領域においては電流を制限することなく発電機を動作させることができる。
【００１７】
なお、低温状態と高温状態との両方で電流制限を行うよう構成してもよい。
【００１８】
例えば、界磁電流を制限して界磁コイルの起磁力により生じて永久磁石に作用する磁界を不可逆減磁が生じる値未満に抑圧してもよく、出力電流を制限して出力コイルの起磁力により生じて永久磁石に作用する磁界を不可逆減磁が生じる値未満に抑圧してもよく、あるいは両方の電流を制限して出力コイル及び界磁コイルの両方の起磁力により生じて永久磁石に作用する磁界を不可逆減磁が生じる値未満に抑圧してもよい。また、界磁電流を制限して、出力コイルの起磁力により生じて永久磁石に作用する磁界を間接的に抑圧してもよい。
【００１９】
永久磁石は界磁鉄心の複数の界磁極の極間隙間に発電に寄与する有効磁束を増大させる姿勢で配設される。このような構成は、例えば、極間隙間の漏れ磁束を低減することで達成でき、発電に寄与する有効磁束を増加するので不可逆減磁状態を阻止しつつ出力向上を図ることができる。なお、永久磁石は、複数の極間隙間にそれぞれ配設してもよい。特にこのような極間隙間には磁界方向に大寸法の永久磁石を採用するのが困難であるので充分なスペースの部分に磁界方向に大寸法の永久磁石を採用する場合に比べて永久磁石の不可逆減磁が生じ易いので、本構成の電流制限効果は一層顕著となる。
【００２０】
界磁電流に関連する状態量を検出することで、永久磁石が界磁コイルの磁界中に置かれる場合、あるいは永久磁石が出力コイル（電機子コイル）の磁界中に置かれる場合、さらには永久磁石が両コイルの磁界中に置かれる場合に永久磁石にかかる外部磁界の大きさを推定し、電流制限の要否、あるいは電流制限の度合いを評価し、電流制限手段が電流制限を行うことができる。このような界磁電流に相関を有する状態量としては、界磁電流そのもの、あるいは界磁電流を制御するスイッチング素子の駆動信号、そのデューティ比などを用いることができる。
【００２１】
コイルとして出力コイル（電機子コイル）が設けられ、界磁束が永久磁石によって供給され、結果として永久磁石は出力コイル（電機子コイル）の磁界中に置かれることとなる。このような磁石式発電機においては、出力コイル（電機子コイル）の電流が制限される。
出力電流に関連する状態量を検出することで、永久磁石が出力コイルの磁界中に置かれる場合に永久磁石にかかる外部磁界の大きさを推定し、電流制限の要否、あるいは電流制限の度合いを評価し、電流制限手段が電流制限を行うことができる。このような出力電流に相関を有する状態量としては、出力電流そのもの、あるいは発電機の回転数を用いることができる。さらには発電機回転数と界磁磁界の強さから、出力電流を推定してもよく、界磁磁界の強さを界磁電流で代用してもよい。
【００２２】
本発明は車両用発電機に用いて好適である。車両用発電機はその使用温度範囲が広く、永久磁石の設置スペースも狭隘であるにも係わらず高出力化のために永久磁石に印加される外部磁界が大きいので、不可逆減磁が生じ易くそれによる出力低下が生じ易い。本発明によれば、多種類の発電機の不可逆減磁を簡単な手段により確実、容易に防止することができる。特に、小型高出力が求められ、しかも過酷な使用環境下に置かれやすい車両用発電機において本発明を適用することで、永久磁石によって得られる高出力、高効率を、永久磁石の不可逆減磁を防止することで長期間にわたって持続することができる。
【００２３】
一般に、発電機のコイル、特に界磁コイルや出力コイル（電機子コイル）にあってはその電流値を多くの要求に応じて制御することが一般的に行われる。特に車両用発電機においてはその使用温度範囲が広いことから、所定の運転条件下において発電機の出力や駆動トルクに制限を与えるために界磁電流に制限を与える場合がある。例えば、発電機の冷時の界磁コイル抵抗の減少に起因して界磁電流が増大し、このため、冷時の駆動トルクが過大となるのを防止するために界磁電流を予めその熱時の最大値程度に制限するなどのことが行われている。本発明の不可逆減磁状態防止のための電流制限は、これらの出力やトルクの制限のための電流制限に比較して更に低値にまで制限を行う場合がある。これにより磁石の小型化が可能となったり、熱時のＩＦの最大値をより大きく設定できるので、熱時の出力の増大が可能となる。
【００２４】
本発明は特に、低温時に不可逆減磁が生じ易くなるフェライト系の永久磁石において特に重要である。フェライト系の永久磁石における低温時の不可逆減磁を防止するためには、界磁電流は、熱時の界磁コイルの抵抗値により規定される熱時最大界磁電流値未満、更に好ましくはその９０％未満に制限することが好ましい。
【００２５】
なお、これらのコイル電流は発電機負荷の要求に応じて調節されるのが通常である。本発明における不可逆減磁防止のための電流制限は、これら発電機負荷の要求に応じた電流調節よりも優先されるべきである。例えば、車両用発電装置においてはバッテリ電圧を所定レベルに維持するように界磁電流を制御し得る電圧調整装置が一般に用いられるが、本発明の電流制限手段はこの電圧調整装置と一体に形成され、界磁電流を強制的に所定の最大値に制限して不可逆減磁を防止するように構成することができる。
【００２６】
本発明によれば、簡素な構成で電流値を所望値に制御でき、また断続制御による界磁電流の脈動によりロ−タ磁極を素早く昇温することができる。これによりロ−タ磁極近傍に配置されてそれと熱的に結合されている永久磁石を早期に昇温することができるので、たとえばフエライト系磁石のように減磁し易い永久磁石を用いる場合には減磁防止のために発電機出力を抑制せねばならない期間を短縮することができるという効果を生ずる。
【００２７】
界磁電流のデューティ比に関連する状態量に応じて界磁電流制限値を不可逆減磁防止可能な値に設定し、界磁電流を間この界磁電流制限値未満に規制すると、界磁電流による永久磁石の不可逆減磁を防止することができる。
更に詳しく説明すると、ロータに永久磁石を併設した場合、界磁コイルの磁界（永久磁石からみてその残留磁界と反対の磁界（逆磁界））により永久磁石が不可逆減磁を起こし、出力が低下してしまう場合が生じる。
【００２８】
この界磁コイルの上記逆磁界による不可逆減磁を防止するには、最も不可逆減磁を生じやすい条件でも不可逆減磁が生じることがないレベルにたとえば界磁電流を制限すればよい。しかし、このようにすると十分な出力が得られないという問題が生じる。
そこで、本構成では、永久磁石の不可逆減磁が生じる磁界強度がその温度により変動する点に着目し、永久磁石の温度に関連する状態量と、不可逆減磁を防止可能な界磁電流の値（界磁電流制限値）との間の関係をあらかじめ記憶しておき、この関係に基づいて、界磁電流がこの界磁電流制限値以上とならないように制御する。これにより、界磁電流による永久磁石の不可逆減磁を防止可能な範囲内で界磁コイルに通電可能な界磁電流を増大して出力アップを実現する事ができる。
【００２９】
また、本構成では、上述した永久磁石の温度に関連する状態量として、界磁電流断続用のスイッチ手段のデューティ比を採用する。すなわち、永久磁石の温度は永久磁石および界磁コイルが装着されたロータの温度に強い相関をもち、ロータの温度は上記デューティ比に相関を有するので、ロータ温度を検出するセンサを新設することなく、簡素な構成で不可逆減磁を実現する事ができる。
【００３０】
好適な態様において、界磁コイルのインピ−ダンスにより決定される界磁電流の増加率未満にデューティ比の増加率を規制する。
このようにすれば、デューティ比に基づいて永久磁石温度を推定する場合に、デューティ比の増加が速くて実際の界磁電流の追従増加が遅れる場合においても、デューティ比と永久磁石温度（界磁電流により加熱される）との相関関係の時間的な遅延を抑止して、界磁電流制限値の決定を正確に実施することができ、これにより、出力低下を抑止しつつ高精度の不可逆減磁が実現する。
【００３１】
好適な態様において、温度低下により不可逆減磁し易くなる安価なフェライト系磁石を永久磁石として用いる場合でも、デューティ比が減少するほど界磁電流制限値を減少するので、出力低下を抑止しつつ良好に不可逆減磁防止を実現することができる。
更に詳しく説明すると、デューティ比が小さく、界磁電流が小さく、したがって永久磁石温度が低い場合にはそれ以外の場合よりも界磁電流制限値を小さく設定することにより、不可逆減磁を防止するわけである。
【００３２】
好適な態様において、界磁電流制限値をデューティ比および界磁電流の両方に応じて調整する。このようにすれば、出力低下を抑止しつつ一層良好に不可逆減磁防止を実現することができる。
更に詳しく説明すると、たとえばデューティ比と界磁電流値とを用いると、ローターコイルの抵抗値の検出により、ロータ温度すなわち永久磁石温度を推定することができるので、精度良くかつ出力低下を抑止しつつ界磁電流を界磁電流制限値以下に制御可能となる。
【００３３】
好適な態様において、デューティ比と界磁電流と界磁コイルの電圧降下とに基づいて（またはそれらに関連する各状態量に基づいて）推定した界磁コイルの推定温度に応じて界磁電流制限値を調整する。このようにすれば、出力低下を抑止しつつ一層良好に不可逆減磁防止を実現することができる。
【００３４】
更に詳しく説明すると、これらの状態量を検出すれば、一層正確にロータ温度すなわち永久磁石温度を推定することができるので、より精度良く不可逆減磁防止可能な界磁電流制限値を推定することができる。
好適な態様において、温度低下により不可逆減磁し易くなる安価なフェライト系磁石を永久磁石として用いる場合でも推定温度が低下するほど界磁電流制限値を低下させるので、出力低下を抑止しつつ良好に不可逆減磁防止を実現することができる。
【００３５】
好適な態様において、制御手段の作動開始時点における界磁電流制限値（初期値）は、発電機の最低使用温度において永久磁石の不可逆減磁が生じることがなく、かつ、所定回転数において発電電流が出力可能な値に設定される。
このようにすれば、上記した安価なフェライト系磁石において制御開始時点の永久磁石温度が極めて低温であっても、不可逆減磁を確保しつつ外部への発電出力が可能となる。
【００３６】
好適な態様において、アイドル回転数以上の回転数で外部への発電出力可能な範囲で界磁電流制限値が設定される。
このようにすれば、低温始動直後などでも発電出力の確保と永久磁石の不可逆減磁防止とを両立させることができる。
【００３７】
好適な態様において、界磁電流制限値の最小値を熱時の最大界磁電流値以下に設定する。
更に具体的に説明すると、フェライト系磁石では低温状態で不可逆減磁しやすくなるので低温時の界磁電流制限値は最小値となる。本構成では、この界磁電流制限値の最小値を熱時の最大界磁電流値未満とするので、永久磁石が不可逆減磁しにくくなる熱時における界磁電流制限値を増大して、熱時における発電出力の増大を図ることができる。
【００３８】
好適な態様において、界磁コイルから永久磁石への熱伝達遅延に基づく永久磁石の温度上昇遅れによる不可逆減磁の発生を抑止可能な範囲内に、デューティ比の増加を制限する。
更に詳しく説明すると、フェライト系磁石では低温状態で不可逆減磁しやすくなるので低温時のデューティ比は小さくなり、永久磁石温度の増大とともにデューティ比の増大が可能となる。永久磁石は主として界磁コイルの抵抗発熱によるその温度上昇に基づく熱伝達により加温されるので、界磁コイルの温度上昇よりも永久磁石の温度上昇は遅延する。
【００３９】
そこで、本構成では、少なくともデューティ比に基づいて推定される界磁コイルの温度上昇から上記永久磁石の温度遅延を勘案した永久磁石の推定温度上昇に対応する界磁電流制限値未満にデューティ比の増加を抑制する。
このようにすれば、発電出力低下を抑止しつつ不可逆減磁防止の一層の向上を図ることができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】
参考例及び本発明の好適な態様を以下の実施例により説明する。
（参考例１）
本発明の発電装置を用いた車両用充電装置の基礎技術を説明する参考例を図１〜図３を参照しつつ説明する。まず、車載のエンジンによって駆動される車両用発電機１について、図１及び図２を参照して説明する。
【００４１】
車両用発電機１は三相交流同期発電機であって、電機子コイルとしてのステータコイル（出力コイル）６が巻装されたステータコア２００の内周側にランデル型回転子２０１が回転自在に収容されている。このランデル型回転子２０１は、軸方向に隣接して回転軸２０２に嵌着されたフロントコア２０３及びリアコア２０４からなるフィールドコア（ロータコア）を有し、コア２０３、２０４には界磁コイル７が巻装されている。複数の爪状磁極（界磁極）２０５が、フロントコア２０３の前端部から互いに周方向所定間隔を隔てて界磁コイル７の外周側をリア方向へ突設されており、同様に、複数の爪状磁極（界磁極）２０６が、リアコア２０４の後端部から互いに周方向所定間隔を隔てて界磁コイル７の外周側をフロント方向へ突設されている。界磁コイル７に通電すると、爪状磁極２０５はＮ極に、爪状磁極２０６はＳ極に磁化される。
【００４２】
両爪状磁極２０５、２０６は図２に示すように周方向に１／２ピッチずれて配置されており、更に互いに隣接する両爪状磁極２０５、２０６の間の極間間隙には永久磁石８がリング状のホルダプレート２０７に径外方向への離脱を抑止されつつ介設されている。爪状磁極２０５に近接する永久磁石８の表面はＮ極に磁化されており、爪状磁極２０６に近接する永久磁石８の表面はＳ極に磁化されている。なお、この実施例では、永久磁石８はフェライト磁石で構成されている。界磁コイル７にはＭＯＳトランジスタ１５で制御される界磁電流が給電され、ステータコイル６の発電電圧は整流器９で整流されてバッテリ４及び電気負荷５へ給電される。
【００４３】
２は界磁電流を断続制御してバッテリ電圧を所定レベルに制御するための制御装置（レギュレータ）であって、励磁コイル駆動回路２ａ、電圧制御回路２ｂ、不可逆減磁防止回路２ｃ、基準電圧発生回路２ｄからなる。
励磁コイル駆動回路２ａにおいて、１５は界磁電流駆動用ＮチャンネルパワーＭＯＳトランジスタ、１６は界磁電流検出用抵抗、２３はフライホイルダイオードであって、ハイサイドスイッチをなすＭＯＳトランジスタ１５のドレインは整流器９の出力端に接続され、そのソースは抵抗１６及び界磁コイル７を通じて接地されている。
【００４４】
電圧制御回路２ｂは、互いに直列に接続されてバッテリ電圧を分圧する抵抗１１、１２と、それらの接続点から出力されるバッテリ電圧の分圧（以下、バッテリ電圧ともいう）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較してその結果を後述するアンドゲート１４を通じてＭＯＳトランジスタ１５のゲートに出力するコンパレータ１３とからなる。アンドゲート１４のもう一方の入力電圧がＨｉであれば、このコンパレータ１３の動作によりバッテリ電圧の分圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１に一致するようにＭＯＳトランジスタ１５が断続され、界磁電流が調節される。
【００４５】
基準電圧発生回路２ｄは、キースイッチ３を通じて印加されたバッテリ電圧から基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３を形成する定電圧回路である。
以下、本実施例の特徴をなす不可逆減磁防止回路２ｃについて図３を参照して詳細に説明する。この不可逆減磁防止回路２ｃは、後述するように界磁電流制限回路部、高回転検出回路部、オアゲート２２及びアンドゲート１４からなる。
【００４６】
上記界磁電流制限回路部は、差動アンプ１７、ダイオード１８、互いに並列接続されたコンデンサ１９及び抵抗２０、コンパレータ２１からなる。差動アンプ１７で増幅された界磁電流検出用抵抗１６の電圧降下すなわち界磁電流比例電圧のピーク値がダイオード１８を通じてコンデンサ１９に印加され、この界磁電流比例電圧が減少した後、コンデンサ１９にチャージされた電荷は抵抗２０を通じてそれらの時定数で放電する。すなわち、ダイオード１８、コンデンサ１９及び抵抗２０は入力電圧を一時的に保持する一時ホールド回路を構成している。
【００４７】
コンデンサ１９の電位（界磁電流比例電圧）はコンパレータ２１により基準電圧Ｖｒｅｆ３と比較され、上記界磁電流比例電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３より大きい（界磁電流が所定値より大きい）場合には、コンパレータ２１はオアゲート２２を通じてアンドゲート１４にＬｏを出力する。
上記高回転検出回路部は、波形整形用のインバータ２４、コンデンサ２５、ダイオード２６、コンデンサ２７、抵抗２８からなるｆ−Ｖ変換回路とコンパレータ２９とを有する。ステータコイル６の所定の相出力端から出力される発電電圧は所定しきい値を有するインバータ２４で略２値パルス信号に波形整形され、コンデンサ２５でその立ち上がりエッジ及び立ち下がりエッジが正、負パルス形状の微分信号に変換され、ダイオード２６で正パルス形状の微分信号だけが抽出され、コンデンサ２７と抵抗２８とからなる平滑回路でこの正パルス形状の微分信号の整流直流成分が抽出されてコンパレータ２９に印加される。
【００４８】
発電機回転数に相当するコンデンサ２７の電位はコンパレータ２９により基準電圧Ｖｒｅｆ２と比較され、コンパレータ２９は、コンデンサ２７の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２より低い場合にオアゲート２２にＬｏを出力し、コンデンサ２７の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ２より高い場合にオアゲート２２にＨｉを出力する。コンデンサ２７の電位すなわち発電機回転数は界磁電流が一定の時、ステータコイル６の出力電流に正の相関を有している。
【００４９】
オアゲート２２は、発電機回転数及び界磁電流がそれぞれ上記所定値を上回る場合にアンドゲート１４にＬｏを出力する。すなわち、界磁電流及び出力電流がそれぞれ所定値以上となる場合に、ＭＯＳトランジスタ１５をオフして界磁電流を制限し、出力電流及び界磁電流の少なくとも一方が上記所定値を下回る場合にアンドゲート１４にＨｉを出力して、ＭＯＳトランジスタ１５をコンパレータ１３の出力により開閉してバッテリ電圧が所定値となるように界磁電流を０〜１００％の範囲で自由に調節する。
【００５０】
上記説明したように、本実施例では、界磁電流が基準電圧Ｖｒｅｆ２により規定される所定値を超える場合で、かつ、回転数により規定される出力電流の最大値が基準電圧Ｖｒｅｆ３により規定される所定値を超える場合に、界磁電流を遮断して界磁電流が上記所定値を超えないようにする構成を採用している。本実施例における基準電圧Ｖｒｅｆ２、基準電圧Ｖｒｅｆ３の設定方式について以下に説明する。
【００５１】
永久磁石８の不可逆減磁は、その永久磁石８に加わる逆方向の電磁界の強さ、すなわちこの電磁界を生じる所定の使用温度範囲における出力電流値及び界磁電流値に依存し、出力電流は、界磁電流値及び回転数に依存する。したがって、全使用領域で不可逆減磁が生じない界磁電流の最大値に基準電圧Ｖｒｅｆ３を設定し、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、界磁電流がこの最大値である場合において不可逆減磁を生じない範囲で最大の出力電流を発生する回転数に対応する値に設定される。
【００５２】
このようにすれば、発電機回転数が低く、出力電流が小さい場合には、出力電流による交差磁界により永久磁石８に不可逆減磁が生じることがないので、界磁電流を制限することなく、最大限出力可能な出力電流でバッテリ４を充電し、車両用電気負荷５に給電することができる。これに対して、発電機回転数が所定レベルを超え、出力可能な出力電流が大きくなり、この出力電流による交差磁界により永久磁石８に不可逆減磁が生じ易くなると予測される場合には界磁電流をこの最大出力電流値及び使用温度範囲という条件下でも不可逆減磁が生じないレベルに制限して界磁電流による磁界を減少させるとともに、出力電流を減少させて出力電流による磁界を減少させて永久磁石８の不可逆減磁を確実に防止することができる。
【００５３】
なお、永久磁石８は、本実施例では、もしこの電流制限を行わない場合には、上記使用温度範囲、界磁電流及び出力電流がそれぞれ所定レベル以上となる場合に不可逆減磁を発生するように作製されているものとする。この実施例の電流制限によれば、永久磁石８の設計自由度が格段に増大する効果も奏することができる。
【００５４】
永久磁石８としてフェライト系磁石が採用されることが好ましい。フェライト系磁石はたとえば室温以下、もしくは氷点下以下、更に氷点下２０℃以下というような低温下において不可逆減磁が生じ易くなるが、冬季や寒冷時での使用を考慮すると上記使用温度範囲は少なくとも−４０℃〜２００℃の温度範囲を含むべきである。本実施例によれば回路定数（ここでは基準電圧Ｖｒｅｆ２や基準電圧Ｖｒｅｆ３）の調節だけで不可逆減磁の電流制限量を容易に調節することもできる。
（実施例１）
好適実施例を図４を参照して説明する。
【００５５】
この実施例の回路は、上記参考例１の不可逆減磁防止回路２ｃを不可逆減磁防止回路２ｅに置換したものである。なお、基準電圧発生回路２ｄは、基準電圧Ｖｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ４、Ｖｒｅｆ５と定電源電圧Ｖｃｃとを発生している。
不可逆減磁防止回路２ｅは、後述するように温度検出回路部、高回転検出回路部、発電開始後経過時間検出回路部、発振回路１０４、オアゲート１０５及びアンドゲート１４からなる。
【００５６】
上記温度検出回路部は、カソードが接地され、定電源電圧Ｖｃｃがアノードに抵抗１０１を通じて印加される接合ダイオード１０２からなる。温度に負の相関をもつそのアノード電位はコンパレータ１０３にて基準電圧Ｖｒｅｆ４と比較される。ダイオード１０２の温度が所定温度まで上昇し、そのアノード電位が基準電圧Ｖｒｅｆ４より小さくなればコンパレータ１０３はＨｉをオアゲート１０５に出力する。ダイオード１０２をもつレギュレータ２は車両用発電機１のハウジングに固定されており、車両用発電機１の発電開始により生じる鉄損や銅損により永久磁石８が高温となる状態がある程度続くと、レギュレータ２内のダイオード１０２の温度も高温となり、コンパレータ１０３の出力電圧がＬｏからＨｉに変化する。すなわち、ダイオード１０２は永久磁石８の温度をやや時間遅れを伴って検出する。
【００５７】
上記高回転検出回路部の構成及び動作は参考例１と同じであるので説明を省略する。
上記発電開始後経過時間検出回路部は、上記高回転検出回路部のコンデンサ２７の電位を基準電圧Ｖｒｅｆ５と比較するコンパレータ１０６を有し、コンパレータ１０６の出力端は互いに直列接続された抵抗１０７とコンデンサ１０８とを通じて接地されている。これら抵抗１０７及びコンデンサ１０８は積分回路を構成しており、コンデンサ１０８の高位端はコンパレータ１０６の出力電圧の積分電圧をオアゲート１０５へ出力している。この積分回路は遅延回路であって、コンデンサ２７の電位がコンパレータ１０６の基準電圧Ｖｒｅｆ５よりも高くなれば、コンパレータ１０６は発電が開始されたと判定してコンデンサ１０８を充電し、コンデンサ１０８の電位はそれから所定の遅延時間が経過するまでオアゲート１０５にＬｏを出力し、その後、オアゲート１０５にＨｉを出力する。
【００５８】
発振回路１０４は所定の周期の矩形波パルス電圧をオアゲート１０５に出力する。したがって、オアゲート１０５はコンパレータ１０３、２９がＬｏを出力し、コンデンサ１０８の電位がオアゲート１０５の入力端におけるＬｏレベルである状態においてのみ、アンドゲート１４に上記矩形波パルス電圧を出力し、その結果、たとえコンパレータ１３の出力がＨｉであっても、ＭＯＳトランジスタ１５のデューティ比はこの矩形波パルス電圧のデューティ比に制限されることになる。
【００５９】
結局、コンパレータ１０３はダイオード１０２で検出する永久磁石８の温度が所定温度未満のときにＬｏ（界磁電流制限信号）を出力してオアゲート１０５に界磁電流の制限を許可し、コンパレータ２９は高回転時すなわち出力電流が所定値以上大きくなる可能性が生じる場合にＬｏ（界磁電流制限信号）を出力してオアゲート１０５に界磁電流の制限を許可し、コンデンサ１０８は発電開始から所定の遅延時間だけオアゲート１０５の入力論理レベルとしてのＬｏ（界磁電流制限信号）を出力してオアゲート１０５に界磁電流の制限を許可する。
【００６０】
すなわち、この実施例では、ダイオード１０２で検出した永久磁石８の温度（特に変化が遅い発電開始前の温度）が所定温度未満となっており（発電開始前に低温であり）、回転数が所定値以上で出力電流が所定値以上大きくなる可能性があり、更に、発電開始から所定時間経過するまでの間であるという条件が全て満足される場合にのみ界磁電流の制限を行っている。発電開始から所定時間経過後は界磁電流制限を行わないのは、発電開始から所定時間経過後はフェライト系磁石である永久磁石８の温度は充分に上昇し、その磁気特性が不可逆減磁しにくい状態となるので界磁電流制限が不要となるためである。
【００６１】
したがって、本実施例では、ダイオード１０２の電圧及びコンデンサ１０８の電圧が永久磁石８の温度に関連する状態量を構成し、オアゲート１０５の入力電圧の出力反転しきい値電圧値が上記所定時間時間経過を判別するためのコンデンサ８の電圧を判別するためのしきい値（出力電流、界磁電流が最大である場合に不可逆減磁発生が生じる値より不可逆減磁が発生しにくい方向へ所定値だけ大きい値）となる。
【００６２】
本実施例によれば、発電開始後の所定遅延時間内であって、しかも、ダイオード１０２が低温であり（前回の発電による温度上昇から時間が経過しており）、更に、回転数が所定値以上となる（出力電流が所定値以上大きくなる可能性が生じる）場合においてのみ上記界磁電流制限を実施するので、現実に永久磁石８の不可逆減磁が発生する可能性がある限られた条件にだけ界磁電流制限を行うことができ、大出力運転が可能な発電機運転条件範囲を拡大することができる。又は、寒冷値での始動時などを想定して不可逆減磁が発生しないように永久磁石８を特別に設計する必要がない。
【００６３】
なお、上記した抵抗１０７及びコンデンサ１０８による遅延回路の遅延時間は１〜２分程度に設定される。これは通常のフェライト磁石を用いた発電機において発電開始からこの程度の時間が経過すると、フェライト磁石の温度は銅損や鉄損などにより充分高くなり、界磁電流制限の必要性が減少するからである。
本実施例において、基準電圧Ｖｒｅｆ４は、ダイオード１０２の温度が２０℃に相当するように設定される。このようにすれば、発電開始前に永久磁石８の温度がこの温度に近い温度にある場合に上記遅延回路の出力を待たずに界磁電流制限を抑止できる。
【００６４】
基準電圧Ｖｒｅｆ４は単に回転数があるレベル（ここでは基準電圧Ｖｒｅｆ２に相当する回転数より小さいレベル）に達したかどうか、すなわち、発電が開始されたかどうかを判定できるレベルであればよい。
（実施例２）
他の実施例を図５の回路図及び図６のフローチャートを参照して説明する。この実施例では、レギュレータ２の主要部をマイコン３００、マルチプレクサ３０１、Ａ／Ｄコンバータ３０２、ＣＭＯＳインバータ３０３で構成するとともに、永久磁石８をネオジウム系磁石とした点が異なっている。
【００６５】
抵抗１０１とダイオード１０２とを直列接続した温度検出回路（温度センサ）は実施例１で述べたのと同じである。この温度検出回路の出力電圧からなる温度Ｔは、抵抗１１、１２からなるバッテリ電圧分圧回路の出力電圧（バッテリ電圧ともいう）Ｖｂ、出力コイル６から出力される１相の発電電圧Ｖとともにマルチプレクサ３０１、Ａ／Ｄコンバータ３０２を介してマイコン３００に入力される。
【００６６】
上記マイコン３００の動作を図６のフローチャートを参照して説明する。
ステップ１００では、発電電圧Ｖ、バッテリ電圧Ｖｂ、温度Ｔ、を読み込む。この実施例では、マルチプレクサ３０１を用いてマイコン３００からの選択信号により発電電圧Ｖ、バッテリ電圧Ｖｂ、温度Ｔを短期間にデジタル信号として順番にマイコン３００に読み込んでいる。なお、ステップ１００を短い周期で定期的に実行される割り込みルーチンとし、順次得た信号によりこれら発電電圧Ｖ、バッテリ電圧Ｖｂ、温度Ｔの平均値を求めて高周波ノイズを低減することも可能である。
【００６７】
次のステップ１０２では、求めた発電電圧Ｖ、バッテリ電圧Ｖｂから出力電流を求める。
詳しく説明すると、発電電圧を抵抗１１、１２の抵抗比率で分圧した電圧（以下、発電電圧Ｖという）とバッテリ電圧Ｖｂとの差（Ｖ−Ｖｂ）は、発電電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖｂよりも所定値（例えば０．６５Ｖ）以上大きい場合には、整流器９のハイサイド側（上アーム）のダイオードの電圧降下とライン３１０の電圧降下の和に等しく、差（Ｖ−Ｖｂ）は発電機１の出力電流Ｉに大きな相関を有する。したがって、予めこの関係をメモリにテーブルとして記憶しておけば、検出した差（Ｖ−Ｖｂ）から出力電流Ｉをサーチすることができる。
【００６８】
次のステップ１０４では、求めた温度Ｔと出力電流Ｉとからこの時の不可逆減磁発生電流値に相当するＭＯＳトランジスタ１５のデューティ比を求める。
詳しく説明すると、不可逆減磁は、出力電流Ｉによる磁界と界磁電流ＩＦによる磁界とのベクトル合成磁界が温度Ｔの関数である永久磁石８の不可逆減磁発生磁界値を超える場合に発生するので、出力電流Ｉと、温度Ｔと、界磁電流の不可逆減磁発生電流値に相当するＭＯＳトランジスタ１５のデューティ比Ｄｍａｘとの関係を予めメモリにテーブルとして記憶しておき、このテーブルに出力電流Ｉと温度Ｔとを入力してデューティ比Ｄｍａｘをサーチすればよい。
【００６９】
次のステップ１０６では、バッテリ電圧Ｖｂがその調整電圧である基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さいかどうかを調べ、小さければデューティ比ＤをＤｍａｘ’＝Ｄｍａｘ−ΔＤにセットし、小さくなければデューティ比Ｄを０にセットして、ステップ１１２にてデューティ比Ｄを所定のレジスタに出力する。ΔＤは適宜設定される。なお、このマイコンは、上記レジスタにセットされたデューティ比Ｄで所定のキャリヤ周波数のＰＷＭ信号をＭＯＳトランジスタ１５のゲートに出力している。
【００７０】
このようにすれば、不可逆減磁が発生する電流値より常に少しだけ小さい範囲で界磁電流制御を行うことが可能となる。
（変形態様）
上記実施例では、ランデル型界磁の爪状磁極間の極間隙間に永久磁石８を介設した磁石併用型発電機を用いたが、本発明はその他、各種構造の磁石併用型発電機に適用することができる。
【００７１】
例えば、本発明は、永久磁石型の界磁と界磁コイル型の界磁とを回転軸に軸方向へ隣接して固定し、これら両方の界磁が作る界磁束と共通の出力コイルとがほぼ独立に鎖交する界磁タンデム配置構造の発電機にも適用することができる。
この界磁タンデム配置構造の発電機においても、界磁電流を変化させれば出力電流が変化してこの出力電流により永久磁石に作用する外部磁界を制御できるので、上記と同様の作用効果を奏することができる。
【００７２】
上記各実施例の他、界磁電流だけを検出してこの界磁電流を不可逆減磁状態を生じない所定のしきい値以下に制限したり、出力電流だけを検出してこの出力電流を不可逆減磁状態を生じない所定のしきい値以下に制限したり、永久磁石８の温度を検出又は推定してその温度が所定レベル以下の場合にのみ電流制限を行うといった種々の電流制限方式を採用できることは当然である。
【００７３】
また、上記実施例では、不可逆減磁を防止するための電流制限について説明したが、他の界磁電流制限技術などと組み合わせて用いることができる。例えば界磁電流を熱的の最大の通電可能電流以下に制限する技術や、起動的の界磁電流を制限する技術と組み合わせて用いることができる。
（参考例２）
他の参考例を図７を参照して説明する。
【００７４】
この参考例は、磁石式発電機の出力電流の制限によりこの磁石式発電機の界磁をなす永久磁石（図示せず）の不可逆減磁を防止するものであって、３００はその不可逆減磁防止回路である。
磁石式発電機の出力コイル６から出力された出力電流は三相全波整流器９で全波整流された後、ｎｐｎエミッタホロワトランジスタ３０１及び逆電圧保護ダイオード３０２を通じてバッテリ４及び車両負荷５に給電される。
【００７５】
３０３〜３０６はダイオード３０２の電圧降下を分圧して検出するものであり、この電圧降下の分圧は差動アンプ３０７で増幅されてコンパレータ３０８にて所定の基準電圧Ｖｒｅｆ６と比較され、その比較結果は出力を安定させるＲＣローパスフィルタ３０９を経てエミッタ接地のｎｐｎトランジスタ３１０のベースに入力され、その結果、トランジスタ３１０はトランジスタ３０１のベース電位を制御してそれを断続する。３１１はトランジスタ３０１へベース電流を給電するための抵抗であり、３１２、３１３は動作条件を設定するための抵抗であり、２ｄは差動アンプ３０７及びコンパレータ３０８に電源電圧を給電するための定電圧回路である。
【００７６】
ダイオード３０２の電圧降下は出力電流Ｉａに正の相関をもつので、出力電流Ｉａが基準電圧Ｖｒｅｆ６で規定される所定レベルを超えればコンパレータ３０８はローレベルを出力し、トランジスタ３１０をオンし、その結果、トランジスタ３０１はオフし、出力電流Ｉａはローパスフィルタ３０９により規定されるある期間、遮断される。
【００７７】
このようにすれば、界磁極を構成する永久磁石の保持力に比較して出力コイル６の起磁力が大きい場合において、又はなんかのトラブル（例えば短絡）により大出力電流が流れようとし、それにより大きな交差磁界が生じて不可逆減磁が生じようとしても、それを防止することができる。
なお、上記回路において、ＲＣローパスフィルタ３０９を省略することは可能であり、更にはトランジスタ３０１、ダイオード３０２を省略し、トランジスタ３０１を断続する代わりに、三相全波整流器９のダイオードの一部又は全部をトランジスタに置換してそれらを断続するようにしてもよい。
【００７８】
更に、永久磁石８の温度を検出し、この温度と出力電流Ｉａとにより出力電流Ｉａの制御を行うことも可能である。
（実施例３）
他の実施例を図８〜図１２を参照して説明する。
この実施例は、図５の構成の一部を変更したものであり、図３または図４で説明した回路を用いて、コンパレ−タ１７で検出された界磁電流に相当する電圧、コンデンサ２７の端子間に現れる回転数に相当する電圧、ダイオ−ド１０２の端子間に現れる温度に相当する電圧を検出し、これらの電圧を、アナログマルチプレクサ３０１ａ、Ａ／Ｄコンバ−タ３０２を通じてマイクロコンピュータ３００に一定期間ごとに順次入力し、マイクロコンピュータ３００が電流増幅用のインバ−タ３０３を通じてＭＯＳトランジスタ１５を断続して界磁電流を制御する構成となっている。
【００７９】
マイクロコンピュータ３００の具体的な制御動作を図９のフロ−チャ−トを参照して説明する。
まず、ステップ２００では、バッテリ電圧Ｖｂ、温度Ｔ、発電機の回転数Ｎａ、界磁電流ＩＦを読み込む。
次のステップ２０２では、読み込んだ温度Ｔおよび回転数Ｎａをあらかじめ記憶するテ−ブルに入力して許容最大界磁電流ＩＦｍａｘを求める。ここで、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘは、この温度Ｔ、回転数Ｎａの条件下において不可逆減磁が生じない界磁電流ＩＦの限界値すなわち制限ＩＦより小さく設定された界磁電流値を意味する。
【００８０】
次のステップ２０４では、界磁電流ＩＦと許容最大界磁電流ＩＦｍａｘとを比較し、界磁電流ＩＦが許容最大界磁電流ＩＦｍａｘより大きければ、界磁電流ＩＦをＰＷＭ制御するトランジスタ１５のデューティ比をバッテリ電圧Ｖｂの値にかかわらず所定量だけ低下させ（Ｓ２１０）、それ以外の場合には、バッテリ電圧Ｖｂと所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し（Ｓ２０６）、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい場合に上記デューティ比を低下させ（Ｓ２１０）、それ以外の場合にはトランジスタ１５のデューティ比を増加させる（Ｓ２０８）。
【００８１】
以下、上記ル−チンを繰り返し実行して、繰り返し観測される永久磁石温度とほぼみなせる温度Ｔおよび回転数Ｎａの条件下において不可逆減磁が生じない界磁電流ＩＦの値（すなわち許容最大界磁電流ＩＦｍａｘ）以下に、界磁電流ＩＦを維持するので、時間と共に変動する許容最大界磁電流ＩＦｍａｘの値に追従して界磁電流ＩＦの制限量を変更することができ、必要最小限の界磁電流ＩＦの制限により不可逆減磁防止を実現することができる。
【００８２】
上記制御の一例として、回転数Ｎａが３０００ｒｐｍ一定で、周温度が２５℃、−２０℃、−４０℃とした場合における発電機始動（キ−オン）後の経過時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘおよび制限ＩＦとの関係の推移を示すタイミングチャ−トを図１０に示す。永久磁石８の素材はフェライトである。許容最大界磁電流ＩＦｍａｘの破線および一点鎖線は界磁電流ＩＦの制限を行っている状態を示す。
【００８３】
上記制御の他例として、周温が−４０℃一定で、回転数Ｎａが１５００、３０００ｒｐｍとした場合における発電機始動（キ−オン）後の経過時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘおよび制限ＩＦとの関係の推移を示すタイミングチャ−トを図１１に示す。永久磁石８の素材はフェライトである。許容最大界磁電流ＩＦｍａｘの破線および一点鎖線は界磁電流ＩＦの制限を行っている状態を示す。
【００８４】
なお、永久磁石８は、キ−オン後の時間経過と共に発電機１の発熱により加温されるので、周温が低くてもキ−オンから所定時間経過後は界磁電流ＩＦの制限は不要となる。
また、低温時の界磁電流ＩＦの制限量を大きく設定すれば、熱時の界磁電流ＩＦを大きく設定できるので、永久磁石８を小型化したり熱時の出力を増大したりすることができる。ただし、この場合においても、アイドル回転数で発電機がバッテリ５へ発電電流を出力できる値以上に界磁電流ＩＦを設定する必要がある。
【００８５】
この点について、発電機の回転数Ｎａとその最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示す図１２を参照して更に詳細に説明する。
Ｌ１は上記不可逆減磁防止制御を行った場合の熱時ここでは２５℃における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示し、Ｌ２は上記不可逆減磁防止制御を行った場合の冷時ここでは−２０℃における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示し、Ｌ３は上記不可逆減磁防止制御を行わない場合の熱時における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示し、Ｌ４は上記不可逆減磁防止制御を行わない場合の冷時における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示す。
【００８６】
図１２から以下のことがわかる。
すなわち、上記不可逆減磁防止制御を行わない場合には、減磁し易い高回転かつ冷時の減磁を防止するために、この時のＬ４の値がＬ２を超えない必要がある。その結果、低回転かつ冷時の出力は制御を行う場合より低下することになる。更に、熱時には、温度上昇によるコイル抵抗損失の増大により一層、出力が低下する。上記不可逆減磁防止制御の実施によりこれらの問題を解消できることが理解される。
（実施例４）
本発明の発電装置の他の実施例を図１３に示す回路図を参照して説明する。
【００８７】
この実施例は、図８に示す回路構成から、温度検出用のダイオード１０２および抵抗１０１と、回転数検出用のインバータ２４、コンデンサ２５、２７、ダイオード２６および抵抗２８を省略したものである。なお、永久磁石８としてはフェライト系磁石が用いられる。
この回路の動作を図１４に示すフローチャートを参照して説明する。
【００８８】
まずステップ３０１で初期設定し、トランジスタ１５のデューティ比（Ｆｄｕｔｙ）を２５％に設定した後、次のステップ３０２でバッテリ電圧Ｖｂを読み込む。なお、トランジスタ１５のＰＷＭ制御のキャリヤ周波数は十分に高い値に設定されており、図１５に示すように、トランジスタ１５のゲ−ト制御電圧Ｖcおよび界磁コイル電圧Ｖｒは界磁電流ＩＦの変化に対して十分高く設定されている。また、このデューティ比は、所定の低温始動時たとえばー４０℃でも不可逆減磁を生じない値に設定されている。
【００８９】
次のステップ３０３では、所定の調整電圧Ｖｒｅｇとの差に比例定数ｋ１を掛けてデューティ比の第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１を算出する。次に、現在のデューティ比Ｆｄｕｔｙに対応する界磁電流制限値（制限ＩＦ）をあらかじめ記憶する変換テ−ブルから求める（Ｓ３０４）。
上記した変換テ−ブルにおけるデューティ比Ｆｄｕｔｙと制限ＩＦとの関係について以下に説明する。
【００９０】
界磁電流の平均値をＩＦ、その最大値をＩＦｍａｘ、Ｖｒを界磁コイルの電圧降下、ｒを界磁コイルの抵抗値、ｒｏを２０℃のときの界磁コイルの抵抗値、ｔを温度とする時、下記の２式が成立する。
ＩＦ／Ｆｄｕｔｙ＝ＩＦｍａｘ＝Ｖｒ／ｒ
ｒ＝ｒｏ・（２３４．５＋ｔ）／（２３４．５＋２０）
一方、フェライト系磁石の温度と制限ＩＦとの関係は、下記の式で表される。
【００９１】
制限ＩＦ＝０．０６・ｔ＋４．８
これらの式から、制限ＩＦは、
制限ＩＦ＝（１５．２７／ｒｏ・Ｖr・Ｆｄｕｔｙ＋（９．２７／２）²
−９．２７／２
となり、制限ＩＦはデューティ比Ｆｄｕｔｙの関数となることがわかる。
【００９２】
次に、現在の界磁電流値ＩＦをコンパレータ１７から検出し（Ｓ３０５）、現在の界磁電流値ＩＦと制限ＩＦとを比較し（Ｓ３０６）、界磁電流値ＩＦが大きければ、ステップ３０７にて両者の差に比例定数ｋ２を掛けてデューティ比の第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２を算出した後、ステップ３０９へ進む。そうでなければデューティ比から第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１を減算して界磁電流値ＩＦの低下を図る（Ｓ３０８）。
【００９３】
ステップ３０９では、上記第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１と第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２とを比較し、その大きい方を選択してデューティ比Ｆｄｕｔｙから減算して次回のデューティ比Ｆｄｕｔｙを算出し、この新しいデューティ比Ｆｄｕｔｙでトランジスタ１５を駆動する（Ｓ３１０）。
この制御動作の特徴を以下に説明する。
【００９４】
この制御では、制限ＩＦ（不可逆減磁防止可能な界磁電流値）を、現在のデュ−ティ比Ｆｄｕｔｙから推定する構成を採用しているので（Ｓ３０４）、温度変化に応じて変動する制限ＩＦを正確かつ簡素な方法で求めることができる。
また、現在の界磁電流値ＩＦが制限ＩＦより大きい場合に、第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１、第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２のうち大きい方の値だけ現在のデューティ比Ｆｄｕｔｙから減算して、界磁電流ＩＦの低下を図る。ここで、第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１はバッテリ電圧と調整電圧との差に基づく補正量であり、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補正量である。また、第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２は界磁電流ＩＦと制限ＩＦとの差に基づく補正量であり、界磁電流ＩＦを制限ＩＦ未満にするための補正量である。
【００９５】
したがって、この実施例によれば、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補正量が、界磁電流ＩＦを制限ＩＦ未満とするのに十分であれば、バッテリ電圧を調整電圧に一致させる制御をそのまま行うとともに、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補正量が、界磁電流ＩＦを制限ＩＦ未満とするのに不十分であれば、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補正制御を優先して実施することができるので、不可逆減磁の防止可能な範囲内でバッテリ電圧を調整電圧になるべく一致させることができる。
【００９６】
図１６は、デューティ比Ｆｄｕｔｙと界磁電流ＩＦと制限ＩＦと温度との関係を示す特性図である。ただし、界磁コイルの電圧降下Ｖｒを１２Ｖ、界磁コイルの２０℃の抵抗ｒｏを２．３オ−ムとする。
図１６に示すように、デュ−ティ比Ｆｄｕｔｙが小さくなるほど、すなわち、低音となるほど、制限ＩＦが低く設定されていることがわかる。
【００９７】
図１７は、本実施例の制限ＩＦ調整を実施する場合（ａ）と実施しない場合（ｂ）とにおける発電機始動後の経過時間と発電機の最大出力電流との関係を示すタイミングチャ−トを示す。ただし、周温を−４０℃、発電機回転数を５０００ｒｐｍとする。
図１７から、この実施例の制限ＩＦ調整を実施しない場合には、発電機始動時における不可逆減磁を防止するために、この時の制限ＩＦ未満に界磁電流値ＩＦの最大値が制限され、その結果として発電機出力（Ａ）はそれに対応した値以下に制限されてしまう。
【００９８】
一方、この実施例の制限ＩＦ調整を実施する場合には、制限ＩＦは界磁コイルの発熱によるロ−タ温度の上昇につれて増大するので、制限ＩＦの時間的な増大に応じて制限ＩＦ未満の範囲内で界磁電流ＩＦを増大することができ、その分だけ発電機出力を増大することができることがわかる。
この利点は、発電機が始動してから数分後には得られる定格出力を大幅に増大できることである。ちなみに、図１７における発電機出力の時間的な低下傾向は、界磁コイルの温度上昇に起因するものである。
（実施例５）
本発明の発電装置の他の実施例を図１８に示すフロ−チャ−トを参照して説明する。
【００９９】
この実施例は、図１３に示す実施例６の回路構成において、制御方式を図１４に示す方式から一部変更したものであり、以下、変更点を主に説明する。
更に詳しく説明すると、図１４のステップ３０４におけるデューティ比Ｆｄｕｔｙだけに基づいて制限ＩＦを求める代わりに、ステップ４０１〜４０３に置換したものである。
【０１００】
まず界磁コイルの抵抗値ｒを算出する（Ｓ４０１）。算出式は以下の通りである。
ｒ＝Ｖｒ／ＩＦ／Ｆｄｕｔｙ
次に、算出した界磁コイルの抵抗値ｒとあらかじめ記憶するその２０℃における抵抗値ｒｏから、界磁コイルの温度ｔを算出する（Ｓ４０２）。算出式は以下の通りである。
【０１０１】
ｒ＝ｒｏ・（２３４．５＋ｔ）／（２３４．５＋２０）
次に、ステップ４０２で求めた界磁コイルの温度（すなわちロ−タ温度）ｔから、フェライト系磁石における温度と制限ＩＦとの関係をあらかじめ記憶する変換テ−ブルを用いて、制限ＩＦを決定する。
この制御動作の特徴を以下に説明する。
【０１０２】
この制御では、制限ＩＦ（不可逆減磁防止可能な界磁電流値すなわち界磁電流制限値）を、界磁コイルの抵抗値から推定したその温度に基づいて決定する構成を採用しているので、温度変化に応じて変動する制限ＩＦを一層正確かつ簡素な方法で求めることができる。
図１９は、デューティ比Ｆｄｕｔｙと界磁電流ＩＦと温度との関係を示す特性図である。ただし、界磁コイルの電圧降下Ｖｒを１２Ｖ、界磁コイルの２０℃の抵抗ｒｏを２．３オ−ムとする。
【０１０３】
図２０は、この実施例で用いたフェライト系磁石における磁石温度と制限ＩＦとの関係を示す特性図である。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考例１の発電装置に用いた車両用発電機の軸方向断面図である。
【図２】図１の発電機の要部斜視図である。
【図３】参考例１の発電装置の回路図である。
【図４】実施例１の発電装置の回路図である。
【図５】実施例２の発電装置の回路図である。
【図６】図５のマイコン３００の制御動作を示すフローチャートである。
【図７】参考例２の発電装置の回路図である。
【図８】実施例３の発電装置の回路図である。
【図９】実施例３のマイコン３００の制御動作を示すフローチャートである。
【図１０】実施例３の制御における発電機始動（キ−オン）後の経過時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘおよび制限ＩＦとの関係の推移を示すタイミングチャ−トである。
【図１１】実施例３の制御における発電機始動（キ−オン）後の経過時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘおよび制限ＩＦとの関係の推移を示すタイミングチャ−トである。
【図１２】実施例３の制御における回転数と最大出力との関係を示す特性図である。
【図１３】実施例４の発電装置の回路図である。
【図１４】実施例４のマイコン３００の制御動作を示すフローチャートである。
【図１５】実施例４の制御におけるトランジスタ１５のゲ−ト制御電圧と界磁電流ＩＦと界磁コイルの電圧降下Ｖｒとの関係を示すタイミングチャ−トである。
【図１６】実施例４の制御におけるＩＦと制限ＩＦとデューティ比Ｆｄｕｔｙとの関係を示す特性図である。
【図１７】実施例４の制御における制限ＩＦ調整を実施する場合（ａ）と実施しない場合（ｂ）とにおける発電機始動後の経過時間と発電機の最大出力電流との関係を示すタイミングチャ−トである。
【図１８】実施例５のマイコン３００の制御動作を示すフローチャートである。
【図１９】実施例５の制御におけるデューティ比Ｆｄｕｔｙと界磁電流ＩＦと温度との関係を示す特性図である。
【図２０】実施例５の制御におけるフェライト系磁石における磁石温度と制限ＩＦとの関係を示す特性図である。
【符号の説明】
１は車両用発電機、２はレギュレータ、 ２ａは励磁コイル駆動回路、２ｂは電圧制御回路、２ｃ、２ｅは不可逆減磁防止回路（検出手段及び電流制限手段）、８は永久磁石である。

Claims (6)

1. 電機子コイルと、この電機子コイルに出力電流を生じさせる磁束を発生する界磁コイルおよび永久磁石を有する発電機と、
   前記永久磁石の温度を直接的又は間接的に検出乃至推定する検出手段と、
   検出乃至推定した前記永久磁石の温度の変動に基づいて前記界磁コイルに通電する励磁電流を変化させることにより前記出力電流を前記永久磁石の不可逆減磁の発生防止可能なレベルに制限する電流制限手段と
   を備えることを特徴とする車両用交流発電機。
2. 前記永久磁石は、温度低下により不可逆減磁し易くなる材料からなり、前記電流制限手段は、不可逆減磁防止可能な所定の制限値未満に前記励磁電流を制限し、かつ、前記界磁コイルの温度が低下するほど前記制限値を低下させ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。
3. 作動開始時点における前記制限値は、前記発電機の最低使用温度において前記永久磁石の不可逆減磁が生じることがなく、かつ、所定回転数において発電電流が出力可能な値に設定されることを特徴とする請求項２記載の車両用交流発電機。
4. 前記所定回転数は、アイドル回転数に設定されていることを特徴とする請求項３記載の車両用交流発電機。
5. 前記電流制限手段は、前記界磁コイルから前記永久磁石への熱伝達遅延に基づく前記永久磁石の温度上昇遅れによる前記不可逆減磁の発生を抑止可能とするために前記デューティ比の増加率を抑止することを特徴とする請求項２乃至４のいずれか記載の車両用交流発電機。
6. 前記発電機は、前記界磁コイルにより磁化されるとともに互いに隣接しつつ極***互に配設された複数の界磁極を有し、前記永久磁石は前記界磁極から出て前記出力コイルに出力電流を発生させる有効磁束を増大させ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。

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