(57)【要約】【課題】自動車用の、整流ブリッジを有する交流発電機において、ロードダンプ時の対策を、簡易にかつ経済的に実現させる。【解決手段】本発明の交流発電機は、巻線回転子と、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ等のＭＯＳトランジスタ形の複数のスイッチ（７）を備える、整流ブリッジに接続された複数の相を有する固定子とを備え、前記トランジスタ（７）は、ロードダンプ時にアバランシェ効果により動作するか、又は線形に動作するように、定格電圧が定められていることを特徴とする。【選択図】図３
2005506028.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
巻線回転子（４）と、ＭＯＳＦＥＴトランジスタ形の複数のスイッチ（７）を備える整流・制御ブリッジ（２）に接続された複数の相を有する固定子（５）とを備える自動車用の交流発電機において、
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（７）が、ロードダンプ時に、アバランシェ効果により動作するか、又は線形に動作するように定格電圧が定められていることを特徴とする交流発電機。
【請求項２】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（３０）が、ロードダンプ時に、アバランシェ効果により動作するように、定格電圧が所定の電圧より低く定められていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【請求項３】
前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタ（５０）が、ロードダンプ時に線形に動作するように、定格電圧が所定の電圧とほぼ等しいか、又はより高く定められていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【請求項４】
ツェナー型ダイオード（５１）が、トランジスタのドレインとゲート間に接続されていることを特徴とする請求項３記載の交流発電機。
【請求項５】
保護ダイオード（５２）が、前記ツェナー型ダイオードと、前者の頭と後者の尾をつなぐ形で接続されていることを特徴とする請求項４記載の交流発電機。
【請求項６】
前記各スイッチ（７）が、１個のトランジスタを備えていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【請求項７】
前記各スイッチ（７）が、並列接続された少なくとも２個のトランジスタを備えていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【請求項８】
前記各スイッチ（７）は、急激消磁素子と関連づけられていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【請求項９】
前記整流ブリッジ（２）は、自交流発電機が電流発生器として使用される時は、整流ブリッジとして働き、また、自交流発電機が自動車の内燃エンジンスタート用の電気モータとして使用される時は、制御ブリッジとして働くようになっていることを特徴とする請求項１記載の交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の多相型交流発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流発電機は、公知のように、回転子と固定子とを収容するケーシングを備えている。
【０００３】
この固定子は、リードアウトと呼ばれるヘッドを有する電機子巻き付け部を装着するための、スロット付き薄板状のボディーを備えている。前記リードアウトは、固定子のボディーの両側に延びている。
【０００４】
交流発電機は、通常、３相または６相型であり、従って、１相あたり、少なくとも１つのコイルを単位として、複数のコイルを備えている。
【０００５】
これらのコイルは、角度をそれぞれ異ならせて取り付けられ、電機子巻き付け部を構成している。
【０００６】
これらのコイルは、公知の方法で、三角形または星形状に接続され、アースと自動車バッテリーの正極端子との間に接続された整流ブリッジに接続されている。
【０００７】
回転子は、ボールベアリング等の軸受を介して、ケーシング内で回転可能に装着されたシャフトに固定されている。
【０００８】
ケーシングは、空気循環のための孔あき部品を備えている。これらの内の１つは、前面支持部、もう１つは、背面支持部と呼ばれる。これらの支持部は、金属製であり、自動車のアースに接続されている。
【０００９】
前記回転子は、２つの鉤爪型フィンガーポールの間に装着された電界コイルを備えている。
【００１０】
前記電界コイルの両端は、電圧調整器に接続されたブラシが擦るように配置された、２つのスリップリングに接続されている。
【００１１】
前記回転子シャフトの前面には、前記ケーシングの外側に配置され、自動車の内燃エンジンによって、少なくとも１つのベルトを備える伝動装置を介して回転駆動される滑車が装着されている。
【００１２】
前記ケーシングの背面支持部には、ブラシホルダーが装着されており、ブラシホルダーのブラシは、回転子シャフトの後端に装着された前記スリップリングと協働する。
【００１３】
従来、前記回転子の軸方向端には、リードアウトの下方に設けられ、交流発電機を冷却するためのファンが装着されている。あるいは、交流発電機は、水で冷却される。
【００１４】
自動車エンジンが動作中は、交流発電機の滑車と回転子シャフトとは回転駆動され、固定子が交流誘導電流を生成するとともに、回転子コイルは励起される。
【００１５】
整流ブリッジは、バッテリーを充電するために、又は各種サービスを提供するために、前記交流誘導電流を直流に変換する。
【００１６】
１つの実施形態においては、例えば、特許文献１に記述されているように、この整流ブリッジは、ダイオードと、このダイオードと並列に接続された複数のトランジスタとを備えている（更なる情報については、前記特許文献を参照されたい）。前記トランジスタは、ＭＯＳ型であり、スイッチを構成している。
【特許文献１】
フランス国特許公開第２７４５４４５号
【００１７】
前記フランス国特許公開においては、交流発電機は、電流発生器と、自動車の内燃エンジンスタート用の電気モータとの２つの用途で可逆的に使用され動作するため、整流ブリッジは制御ブリッジでもある。
【００１８】
電流発生器モードでは、自動車エンジンは、交流発電機の滑車を介して、回転子を回転駆動する。電気モータモードでは、回転子は、前記滑車を介して、自動車エンジンを回転駆動する。
【００１９】
このような交流発電機は、交流発電機スタータと呼ばれる。このため、交流発電機の異なる相を、それぞれ制御する前記複数のトランジスタを制御するために、電気制御ユニットが設けられている。
【００２０】
前記フランス国特許公開において、前記トランジスタはＭＯＳＦＥＴ型である。その構造においては、ドレインとソース間にダイオードを内蔵する点で有利である。前記トランジスタは、スイッチとリカバリーダイオードの両方として働き、整流・相制御ブリッジの実現を可能にする。
【００２１】
電気モータモードでは、交流発電機インダクタを構成する回転子コイルに直流を流し、固定子の各相に、理想的には、正弦波（あるいは台形又は正方形）の位相シフトされた信号が誘起される。
【００２２】
制御ユニットは、自動車の内燃エンジンスタートを許す符号化された信号を解読するための手段を備えている。この符号化された信号は、自動車内の送信手段を介して、制御ユニットに送信される。
【００２３】
制御ユニットは、前記符号化された信号を受信した場合だけ、ＭＯＳＦＥＴトランジスタを駆動する。
【００２４】
トランジスタの制御を同期させるために、固定子に対する回転子の角度位置を測定するためのセンサーが設けられている。これらのセンサーは、例えば、ホール効果磁気センサーである。
【００２５】
電気モータモードにおいて、電圧調整器を短絡するよう、別の１つのスイッチ（ＭＯＳＦＥＴトランジスタ等）が、制御ユニットによって制御される。
【００２６】
図１の概略図は、前記特許文献１に係る交流発電機スタータを示している。交流発電機スタータの構造、及び交流発電機の一般事項に関する更なる情報については、前記特許公開を参照されたい。
【００２７】
図１において、１は交流発電機滑車、４は電界コイル回転子、５は三角形に接続された３つの固定子相、２は整流・制御ブリッジ、３は制御ユニット、９は電圧調整器、１０は、制御ユニット３と電圧調整器９との間で働くスイッチ、Ｂは自動車のバッテリー、１１は、イグニッション・キーまたはカード系電子制御と一体のスイッチを、それぞれ概略的に示している。なお、電圧調整器９とスイッチ１０とは、制御ユニット３と一体であってもよい。
【００２８】
６、７は、それぞれ、アースとバッテリーＢの正極端子との間で作用する整流・制御ブリッジのダイオードとスイッチを示す。制御ユニットは、信号Ａ、Ｂ、等をトランジスタ７のゲートに送る。
【００２９】
そのため、前記制御ユニットは、前記トランジスタを制御し、信号Ａ、Ｂ、等をトランジスタ７のゲートに送るための複数のドライバを備えている。複数のドライバは、それぞれ信号Ａ、Ｂ、等に対応している。
【００３０】
正常時、自動車バッテリーは、その低い内部抵抗により、自動車の電気系統に発生する電圧のピークを抑える。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３１】
ケーブルは、断線することがあり、接続の切断が発生することがある。したがって、ロードダンプと呼ばれる負荷の放棄が起こりうる。
【００３２】
そのため、ロードダンプ時に採用する対策を考えておく必要がある。
【００３３】
この対策は、切断されていないサービスの供給を許し、したがって、整流ブリッジの低位モードでの動作を許すものでなければならない。
【００３４】
勿論、整流ブリッジは、初期温度に関係なく、低位モードを損傷なくサポートしなければならない。
【００３５】
ロードダンプ時における車内の電気ネットワークの電圧は、勿論、ある値、例えば１４Ｖバッテリーの場合、３５Ｖを超えてはならない。
【００３６】
ロードダンプの継続期間は、制限しなければならない。
【００３７】
本発明の目的は、上記の要求を満たす交流発電機を、簡易にかつ経済的に実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００３８】
本発明によれば、複数のＭＯＳＦＥＴトランジスタ形のスイッチを有する整流・制御ブリッジを備える上記の種類の交流発電機は、前記トランジスタが、ロードダンプ時にアバランシェ効果により動作するか、又は線形に動作するように定格電圧が定められていることを特徴としている。
【００３９】
第１の実施形態においては、前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタが、ロードダンプ時にアバランシェ効果により動作するように、定格電圧が所定の電圧より低く定められている。
【００４０】
この所定の電圧は、仕様に指定された最大電圧と同等であり、例えば、１２Ｖバッテリーの場合は、３５Ｖである。
【００４１】
第２の実施形態においては、前記ＭＯＳＦＥＴトランジスタは、所定の電圧とほぼ等しいか、又はより高いアバランシェモード定格電圧が定められている。この所定の電圧は、仕様に指定された最大電圧と同等であり、例えば、１２Ｖバッテリーの場合は、３５Ｖである。
【００４２】
これらのトランジスタは、ツェナー型部品を付加することにより、ロードダンプ時に線形に動作する。
【００４３】
前記整流ブリッジの各スイッチは、並列接続された複数のトランジスタを備えており、有利である。
【００４４】
ある実施形態においては、線形動作は、ツェナーの効果によって得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
上記で述べたように、負荷をなくすと、スイッチ７を備える整流ブリッジにおいて、ロードダンプと呼ばれる過電圧が発生する。
【００４６】
この欠点を克服するために、図１の破線に示すように、車内の電気ネットワークに付加された複数のツェナーダイオード２０を使用することが考えられる。
【００４７】
これらのダイオードは、並列に接続され、バッテリーケーブルの誤った接続、または組み立て(ケーブル逆転)の場合に、保護ダイオード２１と協働する。
【００４８】
ダイオード２０を使用すると、整流ブリッジのコスト並びにサイズが増加する。
【００４９】
従って、本発明の一実施形態においては、図２に示すように、ロードダンプ時に、アバランシェ効果で動作するように定格電圧を定めたＭＯＳＦＥＴ型の複数のスイッチを有するブリッジを使用する。この図において、簡略化のため、図３と同様、図１の整流ブリッジの複数のスイッチの内の１つだけが描かれている。
【００５０】
図２、図３において、Ｐｈは関係する相を、６０はドライバを表す。
【００５１】
このドライバは、電子制御ユニットの一部であり、概略的に描かれている。
【００５２】
図において、Ｅは電源入力、Ｆは電源リターン（前記相に接続されている）、Ｈは制御信号入力、Ｋは、後で説明するトランジスタ３０、５０のそれぞれのゲートに直接（図２）または間接的に（図３）接続された出力である。前記ドライバは、スイッチＩ２、Ｉ１を備えている。
【００５３】
図２において、例えば、１４Ｖのバッテリー電圧の場合、２５℃の時、２０Ｖから２７Ｖの間で、定格電圧を定めたＭＯＳＦＥＴトランジスタ３０が使用される。
【００５４】
電源ケーブルの切断等のロードダンプに備えて、この定格電圧は、所定の電圧、ここでは３５Ｖ程度よりも低い電圧である。
【００５５】
従って、車内の電気ネットワークの電圧の制限は、整流ブリッジのスイッチ７を構成するＭＯＳＦＥＴトランジスタが、アバランシェモードに移行することにより保証される。
【００５６】
定格電圧が２０Ｖから２７Ｖの間、これらのトランジスタは、モータの分野において標準タイプの部品ではないが、この過電圧保護素子は、新たな部品の追加する必要がないため、経済的であることが理解されると思う。また、過電圧発生時、特定の制御をする必要がないことも理解されると思う。
【００５７】
整流ブリッジの各スイッチ７は、用途に応じて、並列に接続された１つ以上のトランジスタを備えている。一実施形態においては、並列に接続された４つのトランジスタが、スタート期間において電流を流すために使用されている。
【００５８】
図２では、並列に接続された２つのトランジスタ３０が設けられている。
【００５９】
第２の実施形態においては、ロードダンプ時に線形に動作するように定格電圧が定められたＭＯＳＦＥＴトランジスタ５０を、スイッチとして使用している。
【００６０】
ロードダンプ時に備えて、これらのトランジスタの定格電圧は、所定の許容電圧とほぼ等しいか、又はより高く定められている。
【００６１】
図３において、１４Ｖバッテリーの場合、温度２５℃の時、３０Ｖ以上を定格電圧とするＭＯＳＦＥＴトランジスタ５０が使用される。
【００６２】
図３において、並列に接続された２つのトランジスタ５０が設けられている。
【００６３】
このタイプの部品の場合、接合温度が１７５℃より高い時には、アバランシェ電圧は、３５Ｖを越える。
【００６４】
パワーＭＯＳＦＥＴが、線形導電モードに移行することにより、前記電圧を最大値３５Ｖに制限することが保証される。
【００６５】
ＭＯＳＦＥＴトランジスタの線形動作への移行は、トランジスタ５０のドレインＤとゲートＧ間に接続されたツェナー型ダイオード５１により達成される。
【００６６】
ＭＯＳＦＥＴトランジスタのドレインとソース間の電位差が、ツェナー型ダイオード５１の閾値電圧、ここでは２２Ｖ、を越えるとすぐに、ドレインとソース間の電圧ＶＤＳを、電圧（Ｖｚ＋Ｖｔｈ）にほぼ等しい値に制限するように、ゲート電位が自動調整される（Ｖｚは、ツェナー電圧、Ｖｔｈは、トランジスタ５０をオンさせるトランジスタ５０のゲートとソース間の電圧）。
【００６７】
電圧Ｖｔｈは２Ｖ程度である。その結果、所望の制限電圧が２４Ｖである場合、電圧Ｖｚが２２Ｖのツェナーダイオードを選択する必要がある。
【００６８】
ドライバ６０用の保護ダイオード５２は、一方では、開始命令時において、ドライバ６０に負荷が加わるのを防ぐために、また他方では、トランジスタ５０を正しく制御するために、その陽極（頭）がツェナーダイオード５１の陽極（尾）に接続されている。
【００６９】
トランジスタ５０が線形モードになるロードダンプ期間において、トランジスタのドライバ６０に、その破壊を防ぐために、電流制限保護が付加されている。
【００７０】
５３は、ゲート抵抗である。ロードダンプ時、ドライバ６０は、自身を通過する電流に耐えることが出来なければならない。
【００７１】
図３において、点ＥとＦとの間には、１５Ｖの電位差が存在する。
【００７２】
勿論、この値は用途によって異なる。
【００７３】
低パワーツェナーダイオードを使用しているため、上記のような配置による追加コストはきわめて小さい。
【００７４】
ＭＯＳＦＥＴの線形モード動作は、ＭＯＳＦＥＴがアバランシェモードで動作する場合よりも、安全性が高い。
【００７５】
この解決方法は、アバランシェ動作モードを使用する以前の解決方法と同様に、シリコンの表面で最も多くのエネルギーを吸収することを可能とする。
【００７６】
図２、図３に示す実施形態において、電流を低減するために、並列に接続された少なくとも２つのトランジスタが設けられている。
【００７７】
勿論、上記の実施形態において、１スイッチあたり、１トランジスタとすることが可能である。また、電流の要求に応じて、スタート期間に、エンジンに必要な動力を供給するのに対応した数の、並列接続されたトランジスタを組み込むことができる。
【００７８】
これらのトランジスタは、ロードダンプ期間を制限するために、交流発電機の急激消磁用の素子と協働するようにすることが可能である。これにより、トランジスタが耐えなければならないエネルギーを低減することが出来る。このような素子は、例えば、特許文献２に記述されている。更なる情報については、前記特許公開を参照されたい。このような急激消磁素子は、スイッチが、並列接続された１つ又は少数のトランジスタにより構成されている場合に、そのトランジスタがロードダンプのエネルギーに耐えなければならないため、特に有利である。
【特許文献２】
フランス国特許公開第２８０２３６５号
【００７９】
勿論、ツェナーダイオード５１と保護ダイオード５２から成る電圧制限素子は、スイッチを構成する部品毎に設けることが出来る。抵抗５３についても同様である。
【００８０】
本発明は、１４Ｖ以外の車内電圧、例えば２８Ｖまたは４２Ｖに対しても適用出来る。
【００８１】
図２、図３において、前述した２つのスイッチＩ１、Ｉ２が、ドライバ６０に存在することに注意されたい。
【００８２】
ロードダンプ時、スイッチＩ１は閉じ、スイッチＩ２は開く。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】従来の交流発電機の概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における整流ブリッジの１つのスイッチの概略図である。
【図３】本発明の第２の実施形態における整流ブリッジの１つのスイッチの概略図である。
【符号の説明】
【００８４】
１  交流発電機滑車
２  整流・制御ブリッジ
３  制御ユニット
４  電界コイル回転子
５  固定子
６  ダイオード
７  スイッチ（ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）
９  電圧調整器
１０  スイッチ
１１  イグニッション・キーまたはカード系電子制御と一体のスイッチ
Ｂ  バッテリー
２０  ツェナーダイオード
２１  保護ダイオード
３０、５０  スイッチ（ＭＯＳＦＥＴトランジスタ）
５１  ツェナーダイオード
５２  保護ダイオード
５３  ゲート抵抗
６０  ドライバ
Ｉ１、Ｉ２  スイッチ
Ｅ  電源入力
Ｆ  電源リターン
Ｈ  制御信号入力
Ｋ  出力
Ｐｈ  相
Ｇ  ゲート
Ｄ  ドレイン
Ｓ  ソース
Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’  信号
【国際公開パンフレット】
2005506028.tif 000003
2005506028.tif 000004
2005506028.tif 000005
2005506028.tif 000006
2005506028.tif 000007
2005506028.tif 000008
2005506028.tif 000009
2005506028.tif 000010
2005506028.tif 000011
2005506028.tif 000012
2005506028.tif 000013
2005506028.tif 000014
2005506028.tif 000015
2005506028.tif 000016
2005506028.tif 000017
2005506028.tif 000018
2005506028.tif 000019
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005506028.tif 000020
2005506028.tif 000021
【国際調査報告】
2005506028.tif 000022
2005506028.tif 000023
2005506028.tif 000024
2005506028.tif 000025