(57)【要約】  三相ジェネレータから構成された少なくとも一つの電気機械と、少なくとも一つのアキュームレータ（１２）を有するタイプの自動車の電気システムに適用可能な電圧調整装置（１０）が開示されている。この電圧調整装置（１０）は、整流器ブリッジと、一組の第一のパワー素子（２０）を備えた電圧上昇回路（１６）を有している。電圧上昇回路（１６）は、一つ又はそれ以上の数のインダクタ（１４）を有し、アキュームレータ（１２）によって提供される電圧のレベルを越えて相電圧を上昇させるために、インダクタ（１４）のステータ相の巻線インダクタンスを活用し、それにより、自動車自体のエンジンの非常に低い回転レジームで電流を自動車の電気負荷に供給することができるようにした。
2014527792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相ジェネレータから構成された少なくとも一つの電気機械と少なくとも一
つのアキュームレータ（１２）とを有するタイプの自動車の電気システムに適
用可能で、整流器ブリッジと、第一の一組のパワー素子（２０）を備えた電圧
上昇回路（１６）を含んだ電圧調整装置（１０）であって、
前記電圧上昇回路（１６）が一つ又はそれ以上の数のインダクタ（１４）を
有し、該インダクタ（１４）のステータ相の巻線インダクタンスが、前記アキ
ュームレータ（１２）によって提供される電圧のレベルを越えて相電圧を上昇
させるために活用されるように構成され、それ故、前記自動車のエンジンの非
常に小さい回転レジームで前記自動車の電気負荷に電流を供給することを可能
にしたことを特徴とする電圧調整装置（１０）。
【請求項２】
前記第一の一組のパワー素子（２０）がＭＯＳＦＥＴ型の三つのＮチャネル
電界効果トランジスタから構成され、前記第一のパワー素子（２０）の各々が、
電圧を調整及び上昇する機能を実行するために整流器素子及びチャネルクロー
ジャーとして用いることができるよう構成されたホイーリングダイオード（２
２）を含んでいる、請求項１に記載の電圧調整装置（１０）。
【請求項３】
前記整流器ブリッジの上部に三つのダイオード（１８）が設けられ、前記整
流器ブリッジの下部に設けられたスイッチの閉成に起因して前記インダクター
（１４）に蓄積にされるエネルギーが、前記スイッチの開成時に、前記三つの
ダイオード（１８）を動作させて前記アキュームレータ（１２）に向けて電流
を供給することを可能にする余分な電圧として戻されるようになっている、請
求項１又は２に記載の電圧調整装置（１０）。
【請求項４】
前記整流器ブリッジの上部にＭＯＳＦＥＴ型の三つのＮチャネル電界効果ト
ランジスタから構成された第二の一組のパワー素子（２４）が設けられ、前記
第二のパワー素子（２４）の各々が、電圧上昇段階中に整流器素子として用い
ることができるように構成されたホイーリングダイオード（２６）を含んでい
る、請求項１又は２に記載の電圧調整装置（１０）。
【請求項５】
前記パワー素子（２０，２４）毎に必要なドライビングを構成するマイクロ
プロセッサ（２８）を装備している、請求項４に記載の電圧調整装置（１０）。
【請求項６】
前記整流器ブリッジの上部及び下部を駆動させるための専用のインターフェ
イスドライバーを装備している、請求項５に記載の電圧調整装置（１０）。
【請求項７】
前記一組のパワー素子（２０，２４）の各々が、各ホイールダイオード（２
２，２６）が直列導通された時に、個別のドライブを介して前記マイクロプロ
セッサ―（２８）によって駆動されるよう構成されている、請求項５又は６に
記載の電圧調整装置（１０）。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかに記載の電圧調整装置（１０）を駆動させるための方
法であって、
前記電圧調整装置（１０）における電圧位相（Ｖｆａｓｅ＿ｎ）が前記アキューム
レータ（１２）の陽電位（Ｖｂａｔｔ）よりも大きい場合又は前記アキュームレー
タ（１２）の陽電位（Ｖｂａｔｔ）と等しい場合には、前記アキュームレータ（１
２）を短絡させないように前記第一の一組のパワー素子（２０）をオフにさせ
ると共に、前記第二の一組のパワー素子（２４）をオンにさせることにより、
電流が、前記第二の一組のパワー素子のような低い抵抗パスを介し、前記ホイ
ーリングダイオード（２６）を介さずに、前記三相ジェネレータから前記アキ
ュームレータ（１２）に向かって流れることを可能にさせる工程と、
前記電圧調整装置（１０）における前記電圧位相（Ｖｆａｓｅ＿ｎ）が前記アキュ
ームレータ（１２）の陰電位（Ｇｂａｔｔ）よりも低い場合又は前記アキュームレ
ータ（１２）の前記陰電位（Ｇｂａｔｔ）と等しい場合には、前記アキュームレー
タ（１２）を短絡させないように前記第二の一組のパワー素子（２４）をオフ
にすると共に、前記第一の一組のパワー素子（２０）をオンにさせることによ
り、電流が、前記第一の一組のパワー素子（２０）のような低い抵抗パスを介
し、前記ホイーリングダイオード（２２）を介さずに、前記三相ジェネレータ
から前記アキュームレータ（１２）に向かって流れることを可能にさせる工程
を含んでいることを特徴とする電圧調整装置（１０）を駆動させるための方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モーターサイクルのような自動車の電気システムに特に適用可能
な電圧調整装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電圧レギュレータ又はスタビライザーは、発電機と一つ又はそれ以上の数の
電気負荷との間に介装されるようになっている装置である。電圧レギュレータ
又はスタビライザーは、予め定められた時間において変数値を有する入力電圧
を受けて、予め定められた正確な不変値を有する出力電圧を電気負荷によって
吸収される電流強さとは無関係に生じさせる。
【０００３】
通常の自動車、特にモーターサイクルの電気及び電子部品は、とりたてて高
くない最大電圧を通常吸収することができ、電圧振動によってひどく損傷を受
ける可能性がある。逆に、電圧が低下すると、自動車が適切に機能するために
は不十分なパワー供給が引き起こされる可能性がある。従って、電圧レギュレ
ータを自動車に用いると、自動車自体の電気及び電子部品が機能不良をこうむ
ることなく対応できる範囲内に電圧を維持させることを可能する。
【０００４】
自動車用のシャント電圧レギュレータの最先端技術は、自動車の吸熱エンジ
ンによって引き摺られる三相電圧ジェネレータによって提供される信号を平流
電圧（ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  ｖｏｌｔａｇｅ）に変換して、自動車自体に存
在するアキュームレータ（バッテリー）を再充電することができるようにする
べく、ダイオードブリッジを用いることを意図している。そのような電圧レギ
ュレータについては、図１に示した原理概略図によって表されている。
【０００５】
図２には、自動車の電圧ジェネレータによって発生させられる三つの正弦波
についての変化が図式化されている。これらの正弦波が、相互に１２０°だけ
オフセットされることが分かる。これらの正弦波信号は、三相ダイオードブリ
ッジを用いることによって完全に正信号にされて、図３に示したような段階毎
の信号傾向（ｓｉｇｎａｌ  ｔｒｅｎｄ）が得られる。ダイオードブリッジが
検波器（ｅｎｖｅｌｏｐ  ｄｅｔｅｃｔｏｒ）として機能するので、得られる
励磁波形は図４に示された波形である。
【０００６】
その調整の管理は、三つのパワー素子、例えば、三つのサイリスター又はＳ
ＣＲ（シリコン制御整流器）によって行われ、それらパワー素子は、バッテリ
ーが最大電圧に達した時に駆動され、半波持続期間全体を通じて電圧ジェネレ
ータをアースするために短絡をもたらす。このようにして、バッテリーには更
なるエネルギーが供給されず、バッテリー自体の電圧は更に上昇しない。
【０００７】
公知の電圧ジェネレータの主な欠点は、電圧ジェネレータの三つの全ての作
動段階に関連する低い効率性に起因する。即ち、
１）バッテリーに向けてのパワー供給段階中に、ジェネレータによって提供
される全電流が流れるブリッジのダイオードにおいて起こる電圧ロスに起因し
て７０％〜８０％の範囲の出力量（ｙｉｅｌｄ）となる。
２）調整段階中に、ジェネレータによって提供される全電流が制御サイリス
ターを流れるので、機械的パワーロスが生じる。その機械的パワーロスは、熱
の形態で内部消失される。
３）点火段階中に、整流器ブリッジのダイオードが、逆バイアス状態にあっ
て、従って、導通が阻止されるので、ジェネレータ電圧がバッテリー電圧レベ
ルを越えず、バッテリー自体に向けてエネルギーを供給することができない。
【０００８】
最初の二つの局面の帰結は、燃料消費量及び汚染物質排出量の結果的増加と
共に、電圧調整システムにおけるロスを考慮するために、自動車に装備される
電気エネルギー発生システムを実際の必要性の場合と比較して大型化せざるを
得ないということである。更に、公知の電圧調整装置は、例えば、図５に図示
されているような好適な熱放散装置を必要とする。
【０００９】
その代わりに、この後者の局面は、キックスタータを用いることにより、バ
ッテリー無しで、電子式燃料噴射供給自動車を始動させる可能性を制限するこ
とに加えて、低い最小回転レジーム（ｒｅｇｉｍｅ）のエンジンを作り出す可
能性をも制限する。この前者の問題は、特にモーターサイクル及びモペッド（ｍ
ｏｐｅｄ）に関するものである。
【００１０】
従って、本発明は、特に、自動車の電気システムに適用可能で、極めて簡単
且つ安価で特に機能的な態様の点で従来技術の上記欠点を解消することができ
る電圧調整装置を作ることを目的とする。
【００１１】
詳しくは、本発明の目的は、電気機械(ジェネレータ）から利用可能なエネル
ギーを殆ど全てバッテリーに向けて伝達することのできる電圧調整装置を作る
ことにある。
【００１２】
本発明の別の目的は、整流器ブリッジのダイオードにおけるエネルギーの消
失を回避して、パワー素子における電圧ロスを低減する電圧調整装置を作るこ
とにある。
【００１３】
本発明の更に別の目的は、特に複雑で大型な熱放散システムを必要としない
電圧調整装置を作ることにある。
【００１４】
本発明によるこれらの目的は、自動車の電気システムに特に適用可能な、請
求項１に記載された電圧調整装置を製造することにより達成される。
【００１５】
本発明による電圧調整装置の更なる特徴及び利点については、添付の概略図
面を参照して行った、本発明を何ら限定するものではない実施形態についての
後述の説明によって明らかにされている。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、従来技術に従って作られた電圧調整装置の原理図を示した図である。
【図２】図２は、一般的な自動車の電圧ジェネレータによって生じさせられる三つの正弦波信号についての変化を示したグラフである。
【図３】図３は、三相ダイオードブリッジによって整流された後の、図２に示された正弦波信号を示したグラフである。
【図４】図４は、図１に示した電圧調整装置からの出力電圧の波形を示したグラフである。
【図５】図５は、図１に示された放熱素子として電圧調整装置に適用可能な放熱素子を示した図である。
【図６】図６は、本発明による電圧調整装置に適用可能なステップアップ回路又は電圧上昇回路を示した図である。
【図７】図７は、本発明による電圧調整装置の全回路を示した図である。
【図８】図８は、本発明による電圧調整装置の働きを示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図６〜図８を参照すると、特にモーターサイクルのような自動車の特に電気
システムに適用可能な、本発明による電圧調整装置が参照符号１０で示されて
いる。詳しくは、自動車の電気システムは、通常は三相発電機（オルタネータ）
のような少なくとも一つの電気機械（図示せず）と、例えば、通常の１２ボル
トバッテリーのような少なくとも一つのアキュームレータ１２を有しているタ
イプのものである。
【００１８】
バッテリー１２の再充電システムを自動車の最小回転レジームで最適化させ
るためには、電気機械からの利用可能なエネルギーの殆ど全てをバッテリー１
２自体に伝達することが必要である。これは、本発明による電圧調整装置１０
において、ステップアップ回路１６又は電圧ライザー（ｖｏｌｔａｇｅ  ｒｉ
ｓｅｒ）を実装するために一つ又はそれ以上の数のインダクタ１４のステータ
相（ｓｔａｔｏｒ  ｐｈａｓｅ）の巻線インダクタンスを有効活用することに
より得られ、それにより、バッテリー１２によって提供される電圧のレベルを
越えて相電圧を上昇させることが可能になり、従って、図６に示した原理構想
に従って、エンジンの非常に低い回転レジームで自動車の電気負荷に電流を供
給することができる。
【００１９】
実質的に、整流器ブリッジの下部のスイッチの閉成中に、エネルギーがイン
ダクタ１４に蓄積される。このエネルギーは、スイッチの開成時に余分な電圧
として戻されて、整流器ブリッジの上部に存在する三つのダイオード１８を動
作させることを可能にするので、エネルギーをバッテリー１２に向けて伝達す
ることが可能になる。
【００２０】
ステップアップ回路１６は、整流器ブリッジの上部に配置された上述のダイ
オード１８に加えて、整流器ブリッジの下部に配置されて、閉成と開成との双
方の何れの時にもコントロール可能なパワー素子２０によって構成されなけれ
ばならない。本発明によれば、そのようなパワー素子２０は、ＭＯＳＦＥＴ型
の三つ一組の第一のＮチャネル電界効果トランジスタから構成されて、そこに
おいては、図６に示した原理構想に従って、電圧の調整及び上昇機能（ステッ
プアップ）を実行するために、各ホイールダイオード２２を整流器要素及びチ
ャネルクローザーとして用いることができる。
【００２１】
作動中に電圧調整装置１０の出力量を最適化するべく、パワー素子に関する
電圧ロスを少なくすることにより整流器ブリッジのダイオード１８におけるエ
ネルギーの消散を回避するために測定器（ｍｅａｓｕｒｅ）が導入されている。
この測定器は、図７に示した原理構想に従って、整流器ブリッジの上部にＭＯ
ＳＦＥＴ型の三つのＮチャネル電界効果トランジスタから構成された第二の一
組のパワー素子２４を備えることを条件としている。そのようなＭＯＳＦＥＴ
型の電界効果トランジスタ２４の間で、ステップアップ段階中にホイーリング
ダイオード２６を整流器要素として用いることができる。その代わりに、ホイ
ーリングダイオード２６は、ステップアップ段階の終わりにバイパスされる。
【００２２】
実質的には、エンジンの回転レジーム値を越え、ステップアップ測定器が最
早それを越えて貢献しなくなった時に、整流器ブリッジの第一の一組のＭＯＳ
ＦＥＴ２０と第二の一組のＭＯＳＦＥＴ２４が、三相ジェネレータによって発
生される三つの半波で、同期駆動させられる。
【００２３】
各ＭＯＳＦＥＴ２０，２４は、関連のホイーリングダイオード２２，２６が
直列導通状態になった時に個別のドライブで駆動させられる。
【００２４】
このようにして、従来のダイオードが非常に低い抵抗の要素で置き換えられ
て、整流器ブリッジにおいて消散されるエネルギーを劇的に減少させるので、
電圧調整装置１０の出力量が増加させられる。この種のドライブにより、９５％
を越える出力量を達成することができ、それにより、アキュームレータ１２に
よって供給されるエネルギーを一定にしつつ、従来の技術に従って作られる電
圧レギュレータと比較して劇的に少ない冷却システムを用いることを可能にさ
せる。
【００２５】
上述した全ての機能を実装することを可能にするべく、本発明による電圧調
整装置１０は、ＭＯＳＦＥＴ２０，２４毎に欠くことのできないドライブを作
り出すマイクロプロセッサ２８と、整流器ブリッジの上部と下部とを駆動させ
るための特別なインターフェイスドライバーとの双方を備えている。ホイーリ
ングダイオード２２，２６が直列導通状態に最も近い時にＭＯＳＦＥＴ２０，
２４を駆動させるために用いられるアルゴリズムが図８に示されている。この
アルゴリズムは、各ＭＯＳＦＥＴ２０，２４の同期ドライブのために準備され
るもので、整流器ブリッジのジェネレータは以下のように実装される。
【００２６】
電圧調整装置１０における電圧位相Ｖｆａｓｅ＿ｎがバッテリー１２の陽電位Ｖｂ
ａｔｔよりも高い場合又はバッテリー１２の陽電位Ｖｂａｔｔと等しい場合には、第
一の一組のＭＯＳＦＥＴ２０がバッテリー１２を短絡させないようにオフにさ
れ、第二の一組のパワー素子２４がオンにされるので、電流は、ＭＯＳＦＥＴ
２４のような低い抵抗パスを介し、ホイーリングダイオード２６を介さずに、
ジェネレータからバッテリー１２に向かって流れることができる。同様に、電
圧調整装置１０における電圧位相Ｖｆａｓｅ＿ｎがバッテリー１２の陰電位Ｇｂａｔｔ
よりも低い場合又はバッテリー１２の陰電位Ｇｂａｔｔと等しい場合には、第二の
一組のＭＯＳＦＥＴ２４がバッテリー１２を短絡させないようにオフにされ、
第一の一組のＭＯＳＦＥＴ２０がオンにされるので、電流は、ＭＯＳＦＥＴ２
０のような低い抵抗パスを介し、ホイーリングダイオード２２を介さずに、ジ
ェネレータからバッテリー１２に向かって流れることができる。
【００２７】
このようにして、本発明による電圧調整装置が上述した目的を実行すること
が分かる。
【００２８】
本発明によってこのように工夫された電圧調整装置は、本発明の要旨の範囲
内に含まれる多くの修正例及び変形例、並びにその全ての細部が技術的に均等
な要素によって置換することができる多くの修正例及び変形例として、とにか
く適用することができる。実際に、形状及び寸法のみならず、用いられる要素
については、技術的要請に応じて如何なるものであってもよい。従って、本発
明の保護範囲は、本願の特許請求の範囲によって定義されている。
【図１】
2014527792.tif 000003
【図２】
2014527792.tif 000004
【図３】
2014527792.tif 000005
【図４】
2014527792.tif 000006
【図５】
2014527792.tif 000007
【図６】
2014527792.tif 000008
【図７】
2014527792.tif 000009
【図８】
2014527792.tif 000010
【国際調査報告】
2014527792.tif 000011
2014527792.tif 000012