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JP3736011B2 - 車両用発電制御装置 - Google Patents

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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)

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励磁電流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の他励型発電機はバッテリから励磁巻線へ励磁電流を供給するので、固定子巻線に発生した発電電圧により励磁巻線へ励磁電流を給電する自励型発電機に比較し、発電機の立ち上がり特性が格段に素早くなる。しかしながら、他励型発電機ではバッテリ充電に必要な回転数に達する以前においてもバッテリから励磁電流を持ち出す無駄があった。
【0003】
特開平6−276796号公報は、軟磁性の回転子コアの残留磁束により発生する固定子巻線端子の発電電圧の立ち上がりを検出し、その後励磁巻線に励磁電流を通電することを提案している。また、特開平8−205497号公報は、軟磁性の回転子コアの残留磁束の代わりに回転子コアに併設した永久磁石の磁束を利用することを提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報が提案する他励型発電機の励磁電流制御装置では、軟磁性の回転子コアの残留磁束もしくは回転子コアに併設した永久磁石の磁束により発生する固定子巻線端子の発電電圧の立ち上がりを検出する検出回路の電源はバッテリをその電源としており、発電機が停止中も常時動作するものである。即ちバッテリの暗電流が増加し、車両の停車状態が長時間継続するとバッテリが放電し、車両エンジンの稼働開始を妨げる事となった。
【0005】
また、上記公報が提案する他励型発電機の励磁電流制御装置では、固定子巻線端子の電圧を検出して励磁巻線に励磁電流を通電するので、整流器のバッテリ端子と固定子巻線端子間に、一時的に塩水等の被水がある場合、バッテリより固定子巻線端子にリーク電流が流れ込み、この結果固定子巻線端子に電圧が発生し、発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したと誤検出することで励磁電流を通電し、バッテリから電流を持ち出し、バッテリを放電させる心配があった。
【0006】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、バッテリから励磁巻線へ励磁電流を供給して励磁する発電機において、発電機が適切な回転数に達すると確実に励磁を開始し、発電機が停止時においては確実にその暗電流を抑止し、塩水等の被水によるリーク電流に対しても誤作動による励磁電流の通電を防止できる車両用発電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】
本発明の第1の構成は、励磁巻線と、固定子巻線に有効磁束が鎖交し励磁巻線が発生する界磁束を増強せしめるように永久磁石を配置した回転子と、固定子巻線を配置した固定子と、固定子巻線の発電電流を整流する整流器とを備え、エンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機と、励磁巻線に通電する励磁電流を断続し前記発電機の出力電圧を制御する励磁電流制御装置とを備える車両用発電制御装置において、固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出することで発電機の稼働状態を判別し、発電機が稼働状態である時、励磁電流制御装置に励磁電流の給電を許可し、発電機が停止状態である時、励磁電流制御装置に励磁電流の給電を禁止する発電状態判定手段と、固定子巻線の交流出力電圧に応答して発電状態判定手段に給電する電源回路とを備え、少なくとも永久磁石による界磁束により発生する固定子巻線の交流出力電圧にて、電源回路と発電状態判定手段が作動することを特徴とする車両用発電制御装置である。
【0008】
即ち本構成によれば、回転子の残留磁束に比較して格段の磁束を発生する永久磁石の磁束により生じる発電電圧を整流して、発電状態判定手段に給電するのでバッテリから給電する必要が無く車両が停車状態においても確実にバッテリからの暗電流の持ち出しが抑止できる。
更に、発電状態判定手段は固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出し、所定周波数以上の時、即ち発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したと検出した時に励磁電流の通電を許可するので、整流器のバッテリ端子と固定子巻線端子間に塩水等の被水によるリーク電流が生じても誤検出することがなく、車両停車時にバッテリから励磁電流を持ち出し、バッテリを放電させることがない。従って、車両停車時にバッテリ放電することなく信頼性の高い車両用の充電システムを実現できる。
【0009】
本発明の第2の構成は、上記第1の構成において更に、電源回路は発電状態判定手段に給電する出力端にコンデンサを備えることを特徴としている。本構成によれば、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧より整流した電圧をコンデンサにて平滑し、平滑された電源電圧を発電状態判定手段に給電するので、その結果、発電状態判定手段の動作が安定する。従って、確実に発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したことを検出するので安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。
【0010】
本発明の第3の構成は、上記第1又は第2の構成において更に、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧を1つの整流素子により整流し、発電状態判定手段に給電することを特徴としている。本構成によれば、整流素子による電圧降下は最小限のものとなり、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧が低い状態においても、発電状態判定手段に十分高い電圧を給電することができる。従って、確実に発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達するに先だって、発電状態判定手段が動作するに必要な電圧を電源回路は給電できるので、安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。
【0011】
本発明の第4の構成は、上記第3の構成において更に、整流素子は、ダイオードまたはNPNトランジスタであることを特徴としている。本構成によれば、整流素子は発電状態判定手段を構成する回路素子と同様のプロセスにて構成でき車両用発電制御装置をより簡易に、小型に実現できる。
本発明の第5の構成は、上記第1から第4の構成において更に、永久磁石は、ランデル型構造である回転子の対向するSN極の爪磁極間に挟持され固定され、永久磁石による有効磁束が、爪磁極を介し固定子巻線に鎖交することを特徴としている。本構成によれば、永久磁石による磁束が爪磁極を介し固定子巻線に有効に鎖交するので、永久磁石による界磁束により発生する固定子巻線の交流出力電圧を十分に高くすることができ、安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。 本発明の第6の構成は、車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を整流して前記回転数検出回路の作動用電源として供給する電源回路を備えることを特徴とする車両用発電制御装置である。
【0012】
この構成によると、固定子巻線の交流出力電圧を整流して回転数検出回路の作動用電源を供給する。このため、エンジンが始動され車両用交流発電機が回転を開始する前に回転数検出回路で消費される電流をなくすことができ、かかる待機状態が長期間継続した場合でも車載バッテリの消耗を抑えることができる。
本発明の第7の構成は、車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、車載バッテリから前記回転数検出回路への電源供給ラインに設けられ、前記車載バッテリから前記回転数検出回路への通電を制御信号に応じて断続する半導体スイッチ素子と、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を前記半導体スイッチ素子の前記制御信号として与える駆動回路とを含み、交流出力電圧に応答して前記半導体スイッチ素子を導通させて車載バッテリから前記回転数検出回路へ作動用電源を供給する電源回路とを備えることを特徴とする車両用発電制御装置である。
【0013】
この構成によると、固定子巻線の交流出力電圧が制御信号として半導体スイッチ素子に与えられ、回転数検出回路の作動用電源を車載バッテリから供給する。このため、エンジンが始動され車両用交流発電機が回転を開始する前に回転数検出回路で消費される電流をなくすことができ、かかる待機状態が長期間継続した場合でも車載バッテリの消耗を抑えることができる。
【0014】
本発明の第8の構成は、上記6又は7の構成において、前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線への給電が遮断された状態でも前記固定子巻線に有効磁束を供給する磁石部材を備え、前記電源回路は前記磁石部材のみにより生じる交流出力電圧に応答して前記回転数検出回路へ作動用電源を供給するよう構成される。
この構成によると、励磁巻線の給電が遮断された状態でも磁石部材により供給される有効磁束により確実に交流出力電圧を得ることができ、周波数を検出して機能する回転数検出回路が動作すべき回転数に達するまでに回転数検出回路に電源を供給開始することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施態様を実施例に基づいて説明する。
本発明の車両用交流発電機の励磁電流制御装置の一実施例を図1及び図2を参照して説明する。
本実施例の車両用発電制御装置は、図示されないエンジンにより回転駆動される交流発電機1と、発電機1の励磁電流を調整して発電機1から車載バッテリ2を含む車載電気負荷へ給電する発電電流を制御するレギュレータ(発電制御回路)3とを含んでいる。さらに、このレギュレータ3は、電源回路4と、発電状態判定手段5とを備えており、残る回路(符号31〜39、D、Df)は励磁電流制御装置を構成している。
【0016】
発電機1はランデル型の回転子コア13と、回転子コア13に巻装された励磁巻線15と、回転子コア13に装着された永久磁石14とからなる回転子10を有する。さらにスター結線された三相固定子巻線11が巻装された固定子コア(図示せず)からなる固定子と、固定子巻線11から出力される三相交流電圧を三相全波整流する三相全波整流器12とを有する。固定子巻線11の各相出力端に発生する三相交流電圧は三相全波整流器12で整流された後、バッテリ2に給電される。
【0017】
レギュレータ3について以下に説明する。
励磁巻線15の一端はバッテリ2の高位端から給電され、その他端は励磁電流を断続するトランジスタ31のコレクタに接続され、トランジスタ31のエミッタは接地されている。Dfは励磁巻線15と並列接続されるフライホイルダイオードである。
【0018】
励磁電流を断続するトランジスタ31のベースは抵抗33を通じてPNPトランジスタ36のコレクタに接続され、また、トランジスタ32のコレクタに直結されている。トランジスタ32のエミッタは接地され、そのベースはツェナーダイオードDのアノード及び抵抗35に接続され、抵抗35の他端は接地されている。ツェナーダイオードDのカソードは抵抗34を通じてバッテリ2の高位端に接続されている。
【0019】
PNPトランジスタ36は励磁電流を断続するトランジスタ31を駆動するベース電流を供給するトランジスタであり、そのベースは抵抗37を通じトランジスタ38のコレクタに接続され、このトランジスタ38のエミッタは接地されている。
トランジスタ38のベースは発電状態判定手段5の出力端5aが接続され、トランジスタ38は発電状態判定手段5の出力信号に基づき制御される。尚コンデンサ39はトランジスタ38のコレクタ電位を安定させるものである。
【0020】
回転数検出回路としての発電状態判定手段5の入力端5bは配線50を介し、固定子巻線11の1つの相出力端と接続され、固定子巻線11の1つの相出力端電圧を整流する電源回路4の電源電圧によりその作動を行う。以下レギュレータの動作を説明する。
発電機1がエンジン(図示せず)により駆動され回転を始めると、まず回転子コア13に装着された永久磁石14の有効磁束が固定子巻線11と鎖交し回転に伴う磁束の変化により、固定子巻線11に三相交流電圧が発生する。この時、固定子巻線11の1つの相出力端から出力される1相発電交流電圧Vacは発電状態判定手段5及び電源回路4に入力される。電源回路4に入力される1相発電交流電圧Vacは駆動回路としての抵抗43を通り整流素子となる半導体スイッチ素子としてのトランジスタ40のベース端に制御信号として入力される。これによりトランジスタ40はオンし、1相発電交流電圧Vacはトランジスタ40により整流され電源回路4の出力電源電圧を安定化させるコンデンサ41を充電する。ここでツェナーダイオード42は電源電圧を安定させるためのものである。
【0021】
また、トランジスタ40のコレクタは、図3の変形例のようにバッテリ2の高位端に接続しても良い。この場合、ツェナーダイオード42と抵抗43とにより駆動回路が構成され固定子巻線11の1つの相出力端から出力される発電電力が小さくても発電状態判定手段5を作動させることが出来る。
次に、コンデンサ41に充電される電源電圧が所定電圧に達すると発電状態判定手段5が作動を開始する(発電状態判定手段5の構成について図2を参照し後に説明する)。この発電状態判定手段5は固定子巻線11の1つの相出力端から出力される1相発電交流電圧Vacの周波数を検出するものであり、1相発電交流電圧Vacの周波数が所定周波数(発電機1がバッテリ2へ充電するに必要な回転数)を越えることを検出するとトランジスタ38をオンする。このトランジスタ38がオンすると抵抗37を通りPNPトランジスタ36のベース電流が流れるのでトランジスタ36がオンする。このPNPトランジスタ36は励磁巻線15を流れる励磁電流を断続するトランジスタ31のベース電流の供給源であり、レギュレータ3はPNPトランジスタ36がオンしてのみ励磁電流を通電できる状態となる。
【0022】
従って、確実に発電機1がバッテリ2へ充電するに必要な回転数に達した後に励磁電流を通電するので、バッテリ2の無用な放電がなく、永久磁石14の有効磁束により発電し固定子巻線11の1つの相出力端から出力される1相発電交流電圧Vacを発電状態判定手段5は電源とするので確実にバッテリ2の暗電流の増加を回避出来る。
【0023】
次に、発電機1により充電されバッテリ2の電圧が高くなると抵抗34、ツェナーダイオードDと抵抗35を通じて電流が流れトランジスタ32がオンし励磁電流を断続するトランジスタ31のベース電位を引き下げるのでトランジスタ31はオフする。従って発電機は発電を停止し、バッテリ2の電圧を一定に保持する。
【0024】
エンジン(図示しない)が停止し発電機1の回転が停止すると固定子巻線11の1つの相出力端から電圧が出力されなくなり、発電状態判定手段5及び電源回路4はその作動を停止する。このためトランジスタ38がオフし、PNPトランジスタ36にベース電流が流れなくなりPNPトランジスタ36はオフするので、励磁電流を断続するトランジスタ31はオフし励磁電流の通電は速やかに停止する。
【0025】
次に、図2を参照し、発電状態判定手段5の構成について説明する。
固定子巻線11の1つの相出力端から出力される1相発電交流電圧Vacは配線50を介し抵抗56を通じて比較器51の+入力端に入力される。また、比較器51の−入力端には電源回路4より配線44を通じて電源電圧を抵抗54、55にて分圧する分圧電圧が入力される。比較器51の電源端はそれぞれ、接地、及び電源回路4に配線44を通じて接続される。
【0026】
1相発電交流電圧Vacが高くなり、電源回路4が電源電圧を比較器51に供給すると比較器51は作動し、1相発電交流電圧Vacが電源電圧の分圧電圧より高いとハイレベル電圧をコンデンサ52を通じてトランジスタ38のベースに入力する。トランジスタ38のベースは抵抗53にて接地されており、コンデンサ52と抵抗53とは微分回路を構成している。
【0027】
従って比較器51がハイレベル電圧を出力した直後トランジスタ38はオンし、コンデンサ52の充電とともにトランジスタ38のベース電位は低下し、比較器51がハイレベル電圧を出力した直後から、コンデンサ52と抵抗53とのCR時定数により決まる所定時間後トランジスタ38がオフする。ここで1相発電交流電圧Vacの周期がコンデンサ52と抵抗53とのCR時定数に対応する周波数より高くなると、比較器51はトランジスタ38にハイレベル電圧を出力し続けるので、トランジスタ38のオンが継続することになる。
【0028】
従って、固定子巻線11の1つの相出力端電位にリーク電流により電圧が発生し、比較器51がハイレベル電圧を出力してもコンデンサ52と抵抗53とのCR時定数により決まる所定時間後トランジスタ38がオフするので、車両停止時においてバッテリ2より誤って励磁電流を持ち出すことがない。
図4は、この実施例の回転子の一部を示す斜視図である。回転子コア13は、励磁コイル15によってそれぞれがN極、S極に励磁される一対のクローポールを有している。これらクローポールにより、複数のN極爪磁極13aと、S極爪磁極13bとが交互に形成されている。さらに、この実施例では、回転子コア13に励磁コイル15と同様に磁束を供給する補助的な界磁源としての磁石部材が装備されている。
【0029】
この実施例では、固定子巻線11と鎖交して発電に寄与する有効磁束が励磁コイル15により供給されるとともに、この磁石部材からも励磁コイル15と同様に、固定子巻線11と鎖交して発電に寄与する有効磁束が供給されるように構成されている。従って、この磁石部材は励磁コイル15の電流がないときにも有効磁束を供給しており、回転子が回転すれば固定子コイル11に交流出力電圧を誘起可能である。
【0030】
磁石部材は、爪磁極13a、13bの間に対応して設けられる複数の独立した永久磁石14と、これら複数の永久磁石14を互いに連結し組立体として扱うことを可能とするとともに、永久磁石14と爪磁極13a、13bとの間に隙間を形成する非磁性体よりなる磁石保持部材14aとを備えている。そして、永久磁石14は、磁石保持部材14aとともに爪磁極13a、13bの間に挟持されて保持、固定されている。よって、励磁コイル15に代わって界磁を供給する磁石を容易にしかも確実に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した車両用発電制御装置を示す回路図である。
【図2】図1の回路図の発電状態判定手段5の詳細を示す回路図である。
【図3】変形例を示す回路図である。
【図4】ランデル型回転子の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 交流発電機
2 バッテリ
10 回転子
11 固定子巻線
14 永久磁石
15 励磁巻線
3 レギュレータ(励磁電流制御装置を含む)
4 電源回路
40 半導体スイッチ素子
5 発電状態判定手段(回転数検出回路)

Claims (8)

  1. 励磁巻線と、固定子巻線に有効磁束が鎖交し前記励磁巻線が発生する界磁束を増強せしめるように永久磁石を配置した回転子と、前記固定子巻線を配置した固定子と、前記固定子巻線の発電電流を整流する整流器とを備え、エンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機と、前記励磁巻線に通電する励磁電流を断続し前記発電機の出力電圧を制御する励磁電流制御装置とを備える車両用発電制御装置において、
    前記固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出することで前記発電機の稼働状態を判別し、前記発電機が稼働状態である時、前記励磁電流制御装置に前記励磁電流の給電を許可し、前記発電機が停止状態である時、前記励磁電流制御装置に前記励磁電流の給電を禁止する発電状態判定手段と、前記固定子巻線の交流出力電圧に応答して前記発電状態判定手段に給電する電源回路とを備え、少なくとも前記永久磁石による界磁束により発生する前記固定子巻線の交流出力電圧にて、前記電源回路と前記発電状態判定手段が作動することを特徴とする車両用発電制御装置。
  2. 前記電源回路は前記発電状態判定手段に給電する出力端にコンデンサを備える事を特徴とする請求項1記載の車両用発電制御装置。
  3. 前記電源回路は前記固定子巻線の交流出力電圧を1つの整流素子により整流し、前記発電状態判定手段に給電することを特徴とする請求項1又は2に記載の車両用発電制御装置。
  4. 前記整流素子は、ダイオードまたはNPNトランジスタであることを特徴とする請求項3記載の車両用発電制御装置。
  5. 前記永久磁石は、ランデル型構造である前記回転子の対向するSN極の爪磁極間に固定され、前記永久磁石による有効磁束が、前記爪磁極を介し前記固定子巻線に鎖交するよう構成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の車両用発電制御装置。
  6. 車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、
    前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を整流して前記回転数検出回路の作動用電源として供給する電源回路を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
  7. 車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、
    車載バッテリから前記回転数検出回路への電源供給ラインに設けられ、前記車載バッテリから前記回転数検出回路への通電を制御信号に応じて断続する半導体スイッチ素子と、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を前記半導体スイッチ素子の前記制御信号として与える駆動回路とを含み、交流出力電圧に応答して前記半導体スイッチ素子を導通させて車載バッテリから前記回転数検出回路へ作動用電源を供給する電源回路とを備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
  8. 前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線への給電が遮断された状態でも前記固定子巻線に有効磁束を供給する磁石部材を備え、前記電源回路は前記磁石部材のみにより生じる交流出力電圧に応答して前記回転数検出回路へ作動用電源を供給するよう構成されることを特徴とする請求項6又は7に記載の車両用発電機制御装置。
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