JP4006614B2

JP4006614B2 - 車両用交流発電機

Info

Publication number: JP4006614B2
Application number: JP2000191737A
Authority: JP
Inventors: 敬司高橋; 敏典丸山; 真谷口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2007-11-14
Anticipated expiration: 2020-06-26
Also published as: JP2002010693A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電機の発電開始を検出して励磁コイルへの通電を開始する自励式の車両用交流発電機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本出願人の出願になる特開平６ー２７６７９６号公報は、１相発電電圧が所定のレベルを超えたことを検出して励磁コイルに直列に接続されたスイッチング手段を導通させる自己励磁式の車両用交流発電機を提案している。
【０００３】
この車両用交流発電機によれば、発電機の発電開始を検出して励磁コイルへの励磁電流通電を開始する自励式の車両用交流発電機を開示している。
【０００４】
しかしながら、上記した技術では、漏電により漏洩電流が発電機の電機子巻線に流入する場合に漏洩電圧とも呼ぶべきノイズ電圧（正常な発電電圧とは異なる電圧）がこの漏洩電流により電機子巻線に生じ、その結果、実際には発電出力が得られないのにもかかわらず、励磁電流を励磁コイルに通電してしまうという問題があった。
【０００５】
この問題を改善するために、上記公報は、１相発電電圧が入力される発電検出回路の発電電圧検出端と接地端とをバイパス抵抗で接続し、外部から電機子巻線へ流入しようとする漏洩電流の多くをこのバイパス抵抗にバイパスすることを開示している。
【０００６】
また、特開平３−２１５２００号公報や特表平８−５０３３０８号公報では、電機子巻線の２相の電圧の差動増幅を利用することでリーク発生時でも信号検出可能な技術を開示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した漏洩電流による発電開始の誤検出を抑止するには、上記バイパス抵抗の抵抗値を小さくすることが有益であるが、その結果、このバイパス抵抗が電機子巻線の発電確立後に発電出力を消費し、全体効率の低下やバイパス抵抗の発熱による周囲の過熱といった問題を派生してしまう。逆に、電機子巻線の発電確立後におけるバイパス抵抗による発電出力の消費や発熱を低減するにはこのバイパス抵抗の抵抗値を大きくすることが有益であるが、その結果、上記発電開始の誤検出を抑止する作用効果が低下してしまう。すなわち、上記公報の技術では、バイパス抵抗による発電出力の消費や発熱といった問題が重大とならない範囲でバイパス抵抗の抵抗値を設定せざるを得ず、その結果、漏洩電流による発電開始誤検出の抑止性能が制約されるという矛盾を解決できななかった。
【０００８】
また、上記した電機子巻線の２相の電圧の差動増幅を利用する技術では、電機子の２相の出力電圧信号を電圧制御装置に取り込むために発電機の構造が複雑となり、組付け工数の増加、接続点数の増加に伴う信頼性の低下といった問題が懸念される。
【０００９】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、バイパス抵抗の電力消費及びその発熱を抑止しつつ電機子巻線への漏洩電流流入による発電開始誤検出を良好に防止することができる車両用交流発電機を提供することをその目的としている。
【００１０】
【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、複数の磁極を備える回転子と、前記磁極を磁化させる界磁巻線と、前記回転子と同軸配置され電機巻線が巻装された電機子と、前記電機子巻線の出力電圧を整流して車載蓄電手段に蓄電する整流手段とを有する発電機に装備され、前記整流して得られた出力電圧を制御する車両用交流発電機の電圧制御装置において、前記電圧制御装置は、前記電機子巻線の出力電圧が所定の電圧しきい値を超える場合、もしくは、前記電機子巻線の出力電圧の周波数が所定の周波数しきい値を超える場合に前記界磁巻線への励磁電流の通電を許可する手段と、前期電機子巻線の出力端と所定の定電位端との間に接続されて、前記励磁電流の通電を許可する手段による前記通電許可後に抵抗値が増加する抵抗値可変手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
すなわち、本発明によれば、出力電圧もしくはその周波数が所定の周波数しきい値を超える場合に励磁電流の通電を許可し、この通電許可後に電機子巻線の出端に接続される抵抗値可変手段の抵抗値を増大させるので、発電開始検出前には抵抗値可変手段の抵抗値を小さく設定して電機子巻線への漏洩電流流入による発電開始誤検出を良好に防止することができ、発電開始を検出した後は、抵抗値可変手段の抵抗値を大きく設定してその電力消費及びその発熱を低減あるいは防止することができる。
【００１２】
請求項２記載の構成によれば請求項１記載の車両用交流発電機において更に、前記抵抗値可変手段は、スイッチング手段と抵抗素子とで構成されるので、発電開始検出後における電力消費、発熱を確実に防止することができる。
【００１３】
その他、電機子巻線の出力端と所定の定電位端とを直結する第一の抵抗素子と、スイッチング素子と、前記スイッチング素子と直列に接続されてこのスイッチング素子とともに電機子巻線の出力端と所定の定電位端とを接続する第二の抵抗素子とにより漏れ電流バイパス回路を構成しても同様の作用効果を奏することができる。
【００１４】
請求項３記載の構成によれば、更に前記車両用交流発電機の発電停止後に、前記抵抗値可変手段の発熱を抑制したまま、電機子巻線の出力端に流れ込む漏れ電流を吸収することで、発電停止を確実に検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用交流発電機の好適な態様を以下の実施例を参照して説明する。
【００１６】
【実施例１】
本発明の車両用交流発電機の一実施例を図１を参照して説明する。
（全体構成及び発電動作）
この車両用交流発電機（オルタネータ）は、図示しない車両用エンジンにより駆動される発電機１と、車両用交流発電機１を制御するための励磁電流制御装置（レギュレータ）２とを有している。
【００１７】
発電機１は、互いにスター接続されてステータコアに巻装された三相のアーマチャコイル（電機子巻線）４と、三相全波整流器（整流器）５と、励磁コイル６とを有している。アーマチャコイル４の各相コイルに生じた発電電圧は三相全波整流器５で整流された後、電源ラインＬ１を通じてバッテリ３に供給される。
【００１８】
発電機１のロータが回転すると、その残留磁束によりアーマチャコイル４に発電電圧が生じ、アーマチャコイル４の一つの相コイルから出力される１相発電電圧Ｖａｃは、励磁電流制御装置２のＰ端子に印加される。
【００１９】
励磁電流制御装置２について、回路図である図１を参照して以下に説明する。
【００２０】
Ｐ端子に入力された１相発電電圧Ｖａｃは、抵抗１５を通じて自己励磁検出用のコンパレータ１６の＋入力端に入力され、基準電圧（しきい値）Ｖ１と比較される。１相発電電圧Ｖａｃが基準電圧Ｖ１（ここでは０．４Ｖ）以上となると、コンパレータ１６は、抵抗１７を介してトランジスタ１８を導通させ、内部電源ラインＬ２給電用のｐｎｐトランジスタ２１のベース電極に接続された抵抗１９の電位をローレベルに引き込むことで、トランジスタ２１をオンする。オンしたトランジスタ２１は、電源ラインＬ１から内部電源ラインＬ２に給電し、内部電源ラインＬ２をほぼ電源ラインＬ１の電位にアップする。
【００２１】
トンラジスタ１８のコレクタと抵抗１９の接続点と接地点の間にはコンデンサ２０が接続され、半波整流波形となる１相発電電圧の１周期以上の間、コンパレータ１６の動作にかかわらずトランジスタ２１のオンを維持する。その結果、トランジスタ２１は内部電源ラインＬ２への給電を持続できる。
【００２２】
内部電源ラインＬ２は、ベース電流制限抵抗２６を通じてスイッチングトランジスタ２７のベース電極に接続されている。このため、オンしたスイッチングトランジスタ２１はスイッチングトランジスタ２７をオンさせ、オンしたスイッチングトランジスタ２７は電源ラインＬ１から励磁コイル６に励磁電流の通電を開始し、励磁電流による発電が開始される。２８は周知のフライホイルダイオードである。
【００２３】
トランジスタ２１の導通により、電源ラインＬ２に電位が印加されると、発信回路３１のＢ１端子、Ｂ２端子に電圧が印加され、発信回路は出力端子であるＢ３端子から、ハイレベル電圧信号の期間がローレベル電圧信号の期間を上回る形態の発信信号を出力する。この発信信号はトランジスタ３３のベースに与えられ、周期的に所定の期間トランジスタ３３がオンする。トランジスタ３３のコレクタはトランジスタ１３のベース電極に接続されており、トランジスタ１３は周期的に所定の期間オフすることになる。この結果、トランジスタ２１の導通後は、抵抗１２に流れる電流が周期的に所定の期間オフすることで、抵抗１２の発熱を抑制することができる。
【００２４】
更に、車両用エンジンがアイドル回転にまで回転増加すると、発電機１のロータの回転の上昇により、アーマチャコイル４の１相発電電圧Ｖａｃの交流成分周波数が増大し、Ｐ端子に接続されたＦ／Ｖコンバータの出力がハイレベル電圧信号になる。この結果、発信回路３１の出力に関わらずトランジスタ１３がオフ状態となり、抵抗１２での電流消費は完全に押さえられる。
【００２５】
１相発電電圧Ｖａｃが更に増大して、整流器出力電圧が、互いに直列接続されたツエナーダイオード２３及び抵抗２２、２４により規定される値を超えると、トランジスタ２５がオンして、スイッチングトランジスタ２７をオフさせ、これにより励磁電流通電が遮断されて発電電圧が低下する。
【００２６】
車両用エンジンが停止すると、１相発電電圧Ｖａｃの交流成分周波数が低下し、Ｆ／Ｖコンバータ２９の出力がローレベルとなり、発信器３１の出力に従って、トランジスタ３３とトランジスタ１３がオンオフ制御される。トランジスタ１３がオンすると、Ｐ端子に流れ込む漏れ電流は抵抗１２、トランジスタ１３を介して接地端に流れ、Ｐ端子電圧がコンパレータ１６の−入力電圧Ｖ１以下となり、トランジスタ１８がオフする。発信器３１のローレベル電圧出力の期間をコンデンサ２０及び抵抗１９で定まる遅延時間以上の値に設定することで、トランジスタ２１を確実にオフさせることができ、車両用エンジンの停止時に発電機１の励磁コイル電流を確実に遮断することができる。
【００２７】
このようにＰ端子を漏れ電流バイパス用のバイパス抵抗１２を通じて接地することにより、たとえば１相発電電圧検出用のライン１００を通じて外部から電機子巻線４に漏洩電流が供給されても、この漏洩（リーク）電流は抵抗１２及びトランジスタ１３を通じて接地端に逃げることができる。その結果、漏洩（リーク）電流が電機子巻線４へ流入することによるＰ端子電圧の増大を良好に抑制することができる。
【００２８】
なお、当然、漏洩電流が抵抗１２に流れることにより抵抗１２の両端に電圧降下が発生するが、通常、漏洩電流は高い内部抵抗を通じてライン１００に接続されたと等価的に考えることができるので、漏洩電流によりＰ端子電圧の上昇は抵抗１２により良好に抑止されることになる。
【００２９】
発信器３１の動作を図３を用いて説明する。発信器３１はＢ１端子から電源供給を受け、Ｂ２端子電圧がコンパレータ２０４の基準電圧以上になると、コンパレータ２０４の出力すなわちＢ３端子電圧がハイレベル電圧となり、Ｂ２端子に接続されたトランジスタ２０１がオフし、コンパレータ２０４の＋入力端子に接続されたコンデンサ２０３は並列接続された抵抗２０２によって放電され、徐々に電圧低下してゆく。更にトランジスタ２０７がオンとなりコンパレータ２０４の−入力である基準電圧はローレベルになるため、コンデンサ２０３の電圧がローレベル基準電圧となるまでコンパレータ２０４の出力はハイレベル電圧を維持する。
【００３０】
コンデンサ２０３の電圧が前記ローレベル基準電圧以下になるとコンパレータ２０４の出力すなわちＢ３端子電圧はローレベル電圧に反転し、コンパレータ２０４の−入力端子はハイレベル基準電圧となる。トランジスタ２０１はベース抵抗２０５を介してベース電流が流れるためオンとなり、コンデンサ２０３の電圧は急速に増加し、それが前記ハイレベル基準電圧以上になると、再びコンパレータ２０４の出力がハイレベル電圧となり、前記動作を繰り返す。
【００３１】
上記動作により、Ｂ３端子はハイレベル電圧がローレベル電圧よりも期間の長い発信波形を出力する。
【００３２】
次に、Ｆ／Ｖコンバータ２９の簡単な回路列を図４を用いて説明する。Ｆ／Ｖコンバータ２９のＡ１端子に入力した電圧が上昇すると、コンデンサ１０１とダイオード１０３を通してコンデンサ１０５に電流が流れ込む。Ａ１端子電圧が減少する場合には、コンデンサ１０１の電荷はダイオード１０２を通して流れる。コンデンサ１０５の電荷は抵抗１０４を通して接地端に流れ、コンデンサ１０５の電圧は徐々に低下する。この動作を繰り返すことでＡ１端子に印加される交流電圧周波数が大きい場合にはコンデンサ１０５の電圧の上昇が大きくなり、Ａ２端子はハイレベル電圧を出力することができる。
【００３３】
以上説明したこの実施例の励磁電流制御装置では、コンパレータ１６を用いることにより残留磁束などによる１相発電電圧Ｖａｃの僅かの上昇を検出してトランジスタ２１、２７をオンし、励磁電流通電を開始する構成を採用するので、低回転数で励磁電流の通電を開始することが可能となり、発電立ち上がり回転数を従来より大幅に低下することができる。
【００３４】
【実施例２】
他の実施例を図２を参照して以下に説明する。
【００３５】
この実施例は、図１の励磁電流制御装置２において、Ｆ／Ｖコンバータ２９が１相発電電圧Ｖａｃの交流成分周波数から変換した電圧を、自己励磁検出用のコンパレータ１６がその＋入力端子で検出し、更にバイパス抵抗１２のオンオフを制御する発信器３１を、１相発電電圧Ｖａｃの上昇を受けて動作する回路構成としたことを特徴とする。
【００３６】
発電機１のロータが回転し、その残留磁束によりアーマチャコイル４から１相発電電圧がＰ端子に印加される。Ｐ端子に接続されたＦ／Ｖコンバータ３１は、１相発電電圧の交流成分周波数が所定値を超えると、コンパレータ１６の＋端子にＶ１以上の電圧を印加し、コンパレータ１６の出力をハイレベル電圧に反転させる。この結果、発電機１は、所定回転数以上で励磁コイル６の通電を可能とし、発電機出力をバッテリー３に供給可能とする。
【００３７】
コンパレータ１６の出力は発電機１の発電中にハイレベル電圧となり、トランジスタ３３はオン、トランジスタ１３はオフし、バイパス抵抗１２の発熱を抑制する。
【００３８】
発電機１の回転が停止すると、コンパレータ１６の出力はローレベル電圧となり、トランジスタ３３はＰ端子に接続された発信器３１の出力で制御される。漏れ電流により、アーマチャーコイル４に発生する電圧がＰ端子に接続された発信器３１のＢ２端子に印加され、この電圧が所定値を超えると発信器３１は発信出力を抵抗３２を通してトランジスタ３３に印加し、所定の周期でバイパス抵抗１２に接続されたトランジスタ１３をオンオフし、バイパス抵抗１２の発熱を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の車両用交流発電機を示す回路図である。
【図２】実施例２の車両用交流発電機の要部を示す回路図である。
【図３】発信器の回路例を示す回路図である。
【図４】Ｆ／Ｖコンバータの回路例を示す回路図である。
【符号の説明】
６：励磁コイル
４：電機子巻線
５：整流器
２７：スイッチングトランジスタ（励磁電流の通電を許可する制御部）
１２：抵抗（抵抗値可変手段）
１３：トランジスタ（抵抗値可変手段）

Claims

複数の磁極を備える回転子と、前記磁極を磁化させる界磁巻線と、前記回転子と同軸配置され電機巻線が巻装された電機子と、前記電機子巻線の出力電圧を整流して車載蓄電手段に蓄電する整流手段とを有する発電機に装備され、前記整流して得られた出力電圧を制御する車両用交流発電機の電圧制御装置において、
前記電圧制御装置は、
前記電機子巻線の出力電圧が所定の電圧しきい値を超える場合、もしくは、前記電機子巻線の出力電圧の周波数が所定の周波数しきい値を超える場合に前記界磁巻線への励磁電流の通電を許可する手段と、
前期電機子巻線の出力端と所定の定電位端との間に接続されて、前記励磁電流の通電を許可する手段による前記通電許可後に抵抗値が増加する抵抗値可変手段と、
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。
前記抵抗値可変手段は、スイッチング手段と抵抗素子とで構成されることを特徴とする請求項１記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。
前記抵抗値可変手段の抵抗値は、
前記電機子巻線の出力電圧が前記所定の電圧しきい値又は所定の電圧しきい値よりも大きく設定された第２の電圧しきい値を超えた場合に所定の期間増大し、その後再び減少することを特徴とする請求項１または請求項２記載の車両用交流発電機の電圧制御装置。