(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数相の電機子巻線（１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ）と、
前記電機子巻線に接続された複数の上アーム及び下アームを有するブリッジ回路であって、前記電機子巻線から出力された交流電圧を整流して出力する整流回路（１３）と、
前記電機子巻線から出力された交流電圧を検出する相電圧検出手段とを備え、
前記各上アーム及び前記各下アームのうち前記各下アームは、保護用スイッチ（Ｓｎ）にて構成され、
前記整流回路の出力電圧が、ロードダンプの発生を表す第１電圧値（ＶＬＤＨ）を超えた後、各相の前記保護用スイッチのうち、前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧（ＶＰ）が前記整流回路の出力電圧を超えた相の前記電機子巻線に接続された保護用スイッチをオン状態に切り替えることで、前記整流回路の出力電圧を前記第１電圧値未満の電圧値に抑制する保護操作手段と、
前記保護操作手段によって前記保護用スイッチがオン状態に切り替えられた後、前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧が、前記第１電圧値よりも低い第２電圧値未満になったことを条件として、前記保護用スイッチをオフ状態に切り替える解除操作手段とを備えることを特徴とする発電機。
【請求項２】
コンデンサ（３１ｂ）、及び前記コンデンサを電力供給源として前記保護用スイッチを駆動する前記保護操作手段を有する制御回路（３１）をさらに備え、
前記制御回路は、前記電機子巻線の出力電圧の極性が正となる状況下において前記電機子巻線の発電電力によって前記コンデンサが充電可能に構成され、
前記保護操作手段は、前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧であって前記電機子巻線から出力された交流電圧が前記整流回路の出力電圧を超えてから、０よりも長い規定時間経過したタイミングで前記保護用スイッチをオン状態に切り替え、
前記規定時間は、前記電機子巻線から出力される交流電圧の半周期以上の期間に渡って前記保護用スイッチを継続してオン状態にできる電荷を前記コンデンサに充電可能な時間に設定されている請求項１記載の発電機。
【請求項３】
前記各上アームは、自身の接続された前記電機子巻線の出力電圧が正極性の場合に電流の流通を許可し、前記出力電圧が負極性の場合に電流の流通を阻止可能なように構成され、
前記第２電圧値は、０又は０付近の値に設定され、
前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧が前記第２電圧値未満となっている期間において前記保護用スイッチをオン状態とする同期整流手段をさらに備える請求項１又は２記載の発電機。
【請求項４】
前記整流回路の出力電圧を検出する出力電圧検出手段をさらに備え、
前記保護操作手段は、前記出力電圧検出手段によって検出された出力電圧が前記第１電圧値を超えたと判断した場合、前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧が前記整流回路の出力電圧を超えた相の前記電機子巻線に接続された前記保護用スイッチをオン状態に切り替える請求項１〜３のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項５】
前記電機子巻線はＮ相（Ｎは３以上の整数）であり、
前記電機子巻線から出力される交流電圧の電気角１周期をＮで除算した値を、前記交流電圧の電気角半周期から減算した期間を重複期間とし、
前記電機子巻線の出力電圧が正極性に反転してから前記重複期間が経過するまでの期間において、前記整流回路の出力電圧が前記第１電圧値を超えた場合であっても、前記保護操作手段による前記保護用スイッチのオン状態への切り替えを禁止する禁止手段をさらに備える請求項１〜４のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項６】
前記整流回路の出力電圧を調整する励磁電流が流れる界磁巻線（１２）と、
前記整流回路の出力電圧の目標値を設定する設定手段と、
前記整流回路の出力電圧を前記設定手段によって設定された目標値に制御すべく前記励磁電流を制御する機能と、前記出力電圧が、前記保護操作手段によって前記保護用スイッチがオン状態とされた場合に現れる所定電圧以下になったときに前記励磁電流を抑制状態とする機能とを有する電流制御手段とをさらに備える請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電機。
【請求項７】
前記保護用スイッチは、電圧制御形の半導体スイッチング素子であり、
前記保護用スイッチの端子間電圧と前記保護用スイッチに流れる電流とが関係付けられた出力特性において、前記端子間電圧の上昇に伴って前記保護用スイッチに流れる電流が増大する領域を非飽和領域とし、
前記保護操作手段は、前記保護用スイッチを前記非飽和領域で駆動する請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数相の電機子巻線と、前記電機子巻線に接続された複数の上アーム及び下アームを有するブリッジ回路であって、前記電機子巻線から出力された交流電圧を整流して出力する整流回路とを備える発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機は、その出力端子に接続された電気配線を介して、バッテリに充電電力を供給したり、各種電気負荷に動作電力を供給したりしている。ここで、発電機の発電動作中において、電気配線が出力端子やバッテリ端子から外れる等、発電機からバッテリ等への電流供給経路が遮断されると、ロードダンプと呼ばれる過渡的な高電圧が発生する。ロードダンプが発生すると、発電機や電気負荷等の信頼性が低下する懸念がある。このため、発電機等をロードダンプから保護する技術が要求される。こうした技術としては、例えば下記特許文献１に見られるものがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１６１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、発電機等をロードダンプから保護する技術については、さらなる改良の余地がある。
【０００５】
本発明は、ロードダンプからの保護を図ることができる発電機を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
本発明は、複数相の電機子巻線（１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ）と、前記電機子巻線に接続された複数の上アーム及び下アームを有するブリッジ回路であって、前記電機子巻線から出力された交流電圧を整流して出力する整流回路（１３）と、前記電機子巻線から出力された交流電圧を検出する相電圧検出手段とを備え、前記各上アーム及び前記各下アームのうち、いずれか一方のアームのそれぞれは、保護用スイッチ（Ｓｎ）にて構成され、前記整流回路の出力電圧が、ロードダンプの発生を表す第１電圧値（ＶＬＤＨ）を超えた後、各相の前記保護用スイッチのうち、前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧（ＶＰ）が前記整流回路の出力電圧を超えた相の前記電機子巻線に接続された保護用スイッチをオン状態に切り替えることで、前記整流回路の出力電圧を前記第１電圧値未満の電圧値に抑制する保護操作手段と、前記保護操作手段によって前記保護用スイッチがオン状態に切り替えられた後、前記相電圧検出手段によって検出された交流電圧が、前記第１電圧値よりも低い第２電圧値未満になったことを条件として、前記保護用スイッチをオフ状態に切り替える解除操作手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記発明では、整流回路の出力電圧が第１電圧値を超えた後、相電圧検出手段によって検出された交流電圧が整流回路の出力電圧を超えた相の電機子巻線に接続された保護用スイッチをオン状態に切り替える。こうした構成によれば、上記交流電圧が大きく低下するのを待たずに保護用スイッチを迅速にオン状態とできるため、ロードダンプが発生してから発電機を迅速に保護することができる。
【０００９】
ここで、保護用スイッチがオン状態に切り替えられた後、相電圧検出手段によって検出された交流電圧が、第１電圧値よりも低い第２電圧値未満となった場合、オン状態である保護用スイッチに接続された電機子巻線の出力電流は、ロードダンプの発生要因となるレベルから大きく低下した蓋然性が高い。このため、上記発明では、保護用スイッチがオン状態に切り替えられた後、相電圧検出手段によって検出された交流電圧が第２電圧値未満になったことを条件として、保護用スイッチをオフ状態に切り替える。このように、上記発明によれば、発電機をロードダンプから適切に保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態にかかる車載発電システムの全体構成図。
【図２】モジュールの構成図。
【図３】下アーム制御回路の構成図。
【図４】上アーム駆動処理の手順を示すフローチャート。
【図５】下アーム駆動処理の手順を示すフローチャート。
【図６】ＬＤ保護処理の一例を示すタイムチャート。
【図７】第２実施形態にかかる下アーム制御回路の構成図。
【図８】出力電圧及び各相電圧の推移を示すタイムチャート。
【図９】第３実施形態にかかる励磁電流抑制処理の手順を示すフローチャート。
【図１０】第４実施形態にかかる出力電圧極性の重複期間を示す図。
【図１１】下アーム駆動処理の手順を示すフローチャート。
【図１２】その他の実施形態にかかる車載発電システムの全体構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（第１実施形態）
以下、本発明にかかる発電機を具体化した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、発電機として、車両に搭載されたものを想定している。
【００１２】
図１に示すように、車両用発電機１０は、３相電機子巻線としてのＸ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ、界磁巻線１２、整流回路１３、及び界磁制御回路１４を備えている。
【００１３】
Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚは、図示しない固定子鉄心に巻回されて固定子を構成している。本実施形態において、Ｘ，Ｙ、Ｚ相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚのそれぞれの第１端同士は、中性点にて接続されている。すなわち、発電機１０は、Ｙ結線されたものである。
【００１４】
界磁巻線１２は、固定子鉄心の内周側に対向配置された図示しない界磁極に巻回されて回転子を構成している。界磁巻線１２に励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから交流電圧が出力される。本実施形態において、回転子は、図示しない車載エンジンのクランク軸から回転動力を得て回転する。
【００１５】
整流回路１３は、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電圧を直流電圧に変換する。整流回路１３は、電機子巻線の相数と同数の上下アームを有するブリッジ回路である。詳しくは、整流回路１３は、Ｘ相モジュール１３Ｘ、Ｙ相モジュール１３Ｙ、及びＺ相モジュール１３Ｚを備え、３相全波整流回路を構成している。
【００１６】
Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれは、上アームスイッチＳｐ、及び下アームスイッチＳｎを備えている。本実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎとして、電圧制御形の半導体スイッチング素子を用いており、具体的には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴを用いている。上アームスイッチＳｐには、上アームダイオードＤｐが逆並列に接続され、下アームスイッチＳｎには、下アームダイオードＤｎが逆並列に接続されている。本実施形態では、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとして、各スイッチＳｐ，Ｓｎのボディダイオードを用いている。なお、各ダイオードＤｐ，Ｄｎとしては、ボディダイオードに限らず、例えば各スイッチＳｐ，Ｓｎとは別部品のダイオードであってもよい。また、本実施形態において、上アームスイッチＳｐが「同期整流スイッチ」に相当し、下アームスイッチＳｎが「同期整流スイッチ」及び「保護用スイッチ」に相当する。
【００１７】
Ｘ相モジュール１３ＸのＸ端子ＰＸには、Ｘ相巻線１１Ｘの第２端が接続されている。Ｘ端子ＰＸには、上アームスイッチＳｐ低電位側端子（ソース）と下アームスイッチＳｎの高電位側端子（ドレイン）とが接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、車両用発電機１０のＢ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、車両用発電機１０のＥ端子を介して接地部位（グランドＧＮＤ）が接続されている。
【００１８】
Ｙ相モジュール１３ＹのＹ端子ＰＹには、Ｙ相巻線１１Ｙの第２端が接続されている。Ｙ端子ＰＹには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤが接続されている。
【００１９】
Ｚ相モジュール１３ＺのＺ端子ＰＺには、Ｚ相巻線１１Ｚの第２端が接続されている。Ｚ端子ＰＺには、上アームスイッチＳｐと下アームスイッチＳｎとの接続点が接続されている。上アームスイッチＳｐのドレインには、Ｂ端子が接続され、下アームスイッチＳｎのソースには、Ｅ端子を介してグランドＧＮＤが接続されている。
【００２０】
なお、各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれを構成する各スイッチＳｐ，Ｓｎの直列接続体には、第１コンデンサ１５と、ツェナーダイオード１６とが並列接続されている。
【００２１】
界磁制御回路１４は、その内部の図示しないＩＣレギュレータにより、界磁巻線１２に流す励磁電流を調整する。これにより、発電機１０の発電電圧（Ｂ端子の電圧）を制御する。また、界磁制御回路１４は、通信端子であるＬ端子及び通信線を介して、発電機１０外部の制御装置（以下、ＥＣＵ２０）と接続されている。界磁制御回路１４は、ＥＣＵ２０との間で双方向通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたシリアル通信）を行い、ＥＣＵ２０と情報のやりとりをする。
【００２２】
本実施形態において、界磁制御回路１４は、ＥＣＵ２０から送信されたシリアル通信信号に基づいて目標電圧を把握し、この目標電圧と発電電圧（Ｂ端子の電圧）との比較結果に基づいて界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧を制御する。これにより、励磁電流を調整し、発電機１０の発電状態を制御する。
【００２３】
Ｂ端子には、リレー２１を介して、ＥＣＵ２０とバッテリ２２の正極端子とが接続されている。バッテリ２２の負極端子には、グランドＧＮＤが接続されている。Ｂ端子には、第２コンデンサ２３と、電気負荷２４とが接続されている。なお、リレー２１は、イグニッションスイッチのオンによってオン状態とされる。
【００２４】
続いて、図２を用いて、Ｘ，Ｙ，Ｚ相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚを構成する制御回路について説明する。本実施形態では、各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれの構成が互いに同一である。このため本実施形態では、Ｘ相を例にして説明する。
【００２５】
Ｘ相モジュール１３Ｘは、上アーム制御回路３０、下アーム制御回路３１及びチャージポンプ３２を備えている。上アーム制御回路３０は、チャージポンプ３２から供給される電力をもとに、上アームスイッチＳｐをオンオフする機能を有している。なお、本実施形態において、チャージポンプ３２は、Ｂ端子側の電圧を昇圧して上アーム制御回路３０に供給する。
【００２６】
下アーム制御回路３１は、下アームスイッチＳｎをオンオフする機能を有している。以下、図３を用いて、本実施形態にかかる下アーム制御回路３１について説明する。
【００２７】
下アーム制御回路３１の第１端子Ｔ１には、ダイオード３１ａのアノードが接続され、ダイオード３１ａのカソードには、電源コンデンサ３１ｂ及び下アーム制御回路３１の第２端子Ｔ２を介してＥ端子が接続されている。第１端子Ｔ１には、第１ツェナーダイオード３１ｃのカソードが接続され、第１ツェナーダイオード３１ｃのアノードには、第３端子Ｔ３を介して下アームスイッチＳｎの開閉制御端子（ゲート）が接続されている。
【００２８】
下アーム制御回路３１は、制御部３３を備えている。制御部３３は、電源コンデンサ３１ｂを電力供給源として、下アームスイッチＳｎをオンオフする。ここで、電源コンデンサ３１ｂは、以下に説明するように充電される。Ｘ端子ＰＸ（第１端子Ｔ１）の電位がＥ端子（第２端子Ｔ２）の電位よりも高い期間において、Ｘ相巻線１１Ｘの出力電流が、Ｘ端子ＰＸ、第１端子Ｔ１及びダイオード３１ａを介して電源コンデンサ３１ｂに流れ込む。すなわち、Ｘ相巻線１１Ｘの出力電圧が正極性となる期間に電源コンデンサ３１ｂが充電される。なお、Ｘ端子ＰＸの電位がＥ端子の電位よりも低い期間（Ｘ相巻線１１Ｘの出力電圧が０以下となる期間）において、電源コンデンサ３１ｂは充電されない。
【００２９】
本実施形態において、上アーム制御回路３０は、上アームスイッチＳｐを非飽和領域において駆動し、下アーム制御回路３１も、下アームスイッチＳｎを非飽和領域において駆動する。ここで、非飽和領域とは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄとが関係付けられた出力特性において、ドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓの上昇に伴ってドレイン電流Ｉｄが増大する領域のことである。これにより、各スイッチＳｐ，Ｓｎがオン状態とされている場合、各スイッチＳｐ，Ｓｎのオン抵抗が略「０」とされる。
【００３０】
また、本実施形態では、上アーム制御回路３０及び下アーム制御回路３１は、Ｘ端子ＰＸ及び第１端子Ｔ１を介してＸ相巻線１１Ｘの出力電圧（以下、相電圧ＶＰ）を検出可能に構成されている。また、上アーム制御回路３０及び下アーム制御回路３１は、Ｂ端子の電圧を発電機１０の出力電圧（以下、出力電圧ＶＢ）として検出可能に構成されている。本実施形態では、各制御回路３０，３１において、相電圧ＶＰを検出可能な構成が「相電圧検出手段」に相当し、出力電圧ＶＢを検出可能な構成が「出力電圧検出手段」に相当する。なお、図３において、ダイオード３１ａのアノードを、第１端子Ｔ１を介してＸ端子ＰＸに接続する代わりに、Ｂ端子に接続することも可能である。
【００３１】
続いて、図４及び図５を用いて、本実施形態にかかる各スイッチＳｐ，Ｓｎの駆動処理について説明する。
【００３２】
まず、図４を用いて、上アーム制御回路３０の行う上アームスイッチＳｐの駆動処理について説明する。この処理は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のそれぞれの上アーム制御回路３０によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３３】
この一連の処理では、まずステップＳ１０において、検出された相電圧ＶＰが検出された出力電圧ＶＢを超えているか否かを判断する。
【００３４】
ステップＳ１０において相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢを超えていると判断した場合には、ステップＳ１１に進み、上アームスイッチＳｐをオン状態とする。一方、ステップＳ１０において相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢ以下であると判断した場合には、ステップＳ１２に進み、上アームスイッチＳｐをオフ状態とする。
【００３５】
上アーム制御回路３０による上アームスイッチＳｐの駆動処理に対応して、下アーム制御回路３１によって下アームスイッチＳｎの駆動処理が行われる。これにより、各相巻線１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚから出力された交流電流が直流電流に変換されてＢ端子からバッテリ２２等へと供給される。ここで、バッテリ２２及び電気負荷２４のそれぞれとＢ端子とを接続している電気配線が、Ｂ端子やバッテリ２２の端子から外れると、ロードダンプと呼ばれる過渡的な高電圧が発生する。ロードダンプが発生すると、発電機１０やバッテリ２２等、車載機器の信頼性が低下する懸念がある。
【００３６】
そこで本実施形態では、下アーム制御回路３１の行う駆動処理に、ロードダンプから車載機器を保護するＬＤ保護処理が含まれている。
【００３７】
図５に、下アーム制御回路３１の行う下アームスイッチＳｎの駆動処理について説明する。この処理は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のそれぞれの下アーム制御回路３１によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００３８】
この一連の処理では、まずステップＳ２０において、相電圧ＶＰが０Ｖ（「第２電圧値」に相当）未満であるか否かを判断する。ステップＳ２０において０Ｖ未満であると判断した場合には、ステップＳ２１に進み、下アームスイッチＳｎをオン状態とし、オンホールドフラグＯＮｈｏｌｄをリセットする。その後、ステップＳ２０に戻る。
【００３９】
ステップＳ２０において相電圧ＶＰが０Ｖ以上であると判断した場合には、ステップＳ２２に進み、出力電圧ＶＢが０よりも高い許容上限電圧ＶＬＤＨ（例えば２０Ｖ）を超えているとの第１条件と、相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢを超えているとの第２条件との論理積が真であるか否かを判断する。
【００４０】
ここで、第１条件は、ロードダンプが発生しているか否かを判断するための条件である。本実施形態において、許容上限電圧ＶＬＤＨが「第１電圧値」に相当する。また、第２条件は、Ｘ、Ｙ，Ｚ相の下アーム制御回路３１のうち、ロードダンプの発生要因が自身の相に対応する電機子巻線であるか否かを判断するための条件である。
【００４１】
ステップＳ２２において肯定判断した場合には、ステップＳ２３、Ｓ２４においてＬＤ保護を行う。詳しくは、ステップＳ２２において肯定判断したタイミングから規定時間ｔ０待機した後、下アームスイッチＳｎをオン状態に切り替え、電機子巻線の出力端をグランドＧＮＤの電位にクランプする。そして、オンホールドフラグＯＮｈｏｌｄをセットする。ちなみに、下アームスイッチＳｎのオン状態切替タイミングで上アームスイッチＳｐがオン状態となっている場合は、電機子巻線の出力端がグランドＧＮＤの電位にクランプされることにより、相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢ以下となり、上アームスイッチＳｐは速やかにオフ状態となる。
【００４２】
ここで、本実施形態において、上記規定時間ｔ０は、電機子巻線から出力される交流電圧の半周期に渡って下アームスイッチＳｎを継続してオン状態にできる電荷を電源コンデンサ３１ｂに充電可能な時間に設定されている。下アームスイッチＳｎのオン状態継続時間を交流電圧の半周期としたのは、ロードダンプの発生要因となり得る期間が、電機子巻線の出力電圧が正極性となる期間であり、正極性となる期間が交流電圧の半周期であるためである。ロードダンプが発生した場合、電機子巻線の出力電圧が正極性となる期間の途中において、電源コンデンサ３１ｂから下アーム制御回路３１への供給電力不足によって下アームスイッチＳｎがオフ状態に切り替えられると、ロードダンプを抑制できなくなる。こうした不都合に対処すべく、上記規定時間ｔ０を設定し、ステップＳ２２で肯定判断されてから下アームスイッチＳｎをオン状態に切り替えるまでに待機時間を設けている。なお、ステップＳ２４の処理の完了後、ステップＳ２０に戻る。
【００４３】
ステップＳ２２において否定判断した場合には、ステップＳ２５に進み、オンホールドフラグＯＮｈｏｌｄがセットされているか否かを判断する。ステップＳ２５においてセットされていると判断した場合には、ステップＳ２３に進む。一方、ステップＳ２５においてリセットされていると判断した場合には、ステップＳ２６に進み、下アームスイッチＳｎをオフ状態とする。
【００４４】
図４及び図５で説明した処理によれば、各相の下アーム制御回路３１において、ロードダンプが発生していない場合、相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢを超えている期間に渡って、上アームスイッチＳｐがオン状態とされ、下アームスイッチＳｎがオフ状態とされる。また、相電圧ＶＰが負電圧となっている期間に渡って、上アームスイッチＳｐがオフ状態とされ、下アームスイッチＳｎがオン状態とされる。すなわち、通常の同期整流が行われる。
【００４５】
一方、ロードダンプが発生する場合には、出力電圧ＶＢが一旦許容上限電圧ＶＬＤＨを超えてかつ、相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢを一旦超えたと判断される。このため、その後相電圧ＶＰが負電圧となるまで（オンホールドフラグＯＮｈｏｌｄがリセットされるまで）は、下アームスイッチＳｎのオン状態が継続される。これにより、電機子巻線がグランドＧＮＤに短絡され、電機子巻線の出力電流がＢ端子側に流れるのを抑制できる。したがって、車載機器をロードダンプから保護することができる。
【００４６】
なお、本実施形態において、下アーム制御回路３１の行う処理は、ハードウェアによるアナログ処理によって実現されていてもよいし、ソフトウェアによるデジタル処理によって実現されていてもよい。
【００４７】
図６に、本実施形態にかかるＬＤ保護処理の一例を示す。詳しくは、図６（ａ）は発電機１０の出力電圧ＶＢの推移を示し、図６（ｂ），（ｃ），（ｄ）はＸ，Ｙ，Ｚ相の下アーム制御回路３１が検出する相電圧ＶＰＸ，ＶＰＹ，ＶＰＺの推移を示し、図６（ｅ）は本実施形態にかかるＺ相の下アームスイッチＳｎの操作状態の推移を示し、図６（ｆ）は関連技術にかかるＺ相の下アームスイッチＳｎの操作状態の推移を示す。ここで、関連技術とは、先の図５に示した処理からＳ２２〜Ｓ２５の処理を除いた技術のことである。なお、図中、「ＴＡ」は、電機子巻線から出力される交流電圧の１周期を示している。
【００４８】
図示されるように、時刻ｔａにおいて出力電圧ＶＢが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えた後、相電圧が出力電圧ＶＢを超えた相に対応する下アームスイッチＳｎからＬＤ保護処理のために順次オン状態に切り替えられる。ここでは、時刻ｔ１〜ｔ４で示す交流電圧の１周期ＴＡのうち、時刻ｔ２〜ｔ３を、ＬＤ保護処理によって下アームスイッチＳｎがオン状態とされた期間の一例として示した。なお、時刻ｔ３〜ｔ４は、相電圧が負電圧となって同期整流のために下アームスイッチＳｎがオン状態とされる期間の一例である。
【００４９】
これに対し、関連技術では、時刻ｔ１〜ｔ４のうち、相電圧が負電圧となる時刻ｔ３〜ｔ４の期間でしか下アームスイッチＳｎをオン状態とすることはできない。このため、ロードダンプから車載機器を保護することができない。
【００５０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００５１】
（１）出力電圧ＶＢが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えてかつ、相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢを超えた相の電機子巻線を特定し、特定された電機子巻線に接続された下アームスイッチＳｎをオン状態に切り替えるＬＤ保護処理を行った。このため、ロードダンプが発生してから車載機器の保護措置を迅速に行うことができる。したがって、車載機器をロードダンプから保護することができる。
【００５２】
（２）出力電圧ＶＢが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えてかつ相電圧ＶＰが出力電圧ＶＢを超えてから、規定時間ｔ０経過したタイミングで下アームスイッチＳｎをオン状態に切り替えた。ここでは、上記規定時間ｔ０を、電機子巻線から出力される交流電圧の半周期「ＴＡ／２」の期間に渡って下アームスイッチＳｎを継続してオン状態にできる電荷を電源コンデンサ３１ｂに充電可能な時間に設定した。このため、ＬＤ保護処理によって下アームスイッチＳｎをオン状態とすべき期間において、下アーム制御回路３１を適切に動作させることができる。したがって、ＬＤ保護処理によって下アームスイッチＳｎをオン状態とすべき期間の途中において、下アームスイッチＳｎがオフ状態に切り替えられることを回避できる。
【００５３】
（３）各スイッチＳｐ，Ｓｎを非飽和領域で駆動させた。これにより、通常の同期整流時や、ＬＤ保護処理時における整流回路１３内における損失を低減することができる。
【００５４】
（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、図７に示すように、下アーム制御回路３１の構成を変更する。詳しくは、下アーム制御回路３１は、出力電圧ＶＢを検出する構成を備えず、相電圧ＶＰに基づいてＬＤ保護処理を行う。なお、図７において、先の図３に示した部材と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。また、本実施形態においても、各相モジュール１３Ｘ，１３Ｙ，１３Ｚのそれぞれの構成が互いに同一である。このため、本実施形態においても、Ｘ相を例にして説明する。
【００５５】
図示されるように、第１端子Ｔ１には、コンパレータ３１ｄの反転入力端子が接続されている。コンパレータ３１ｄの非反転入力端子には、第２端子Ｔ２が接続されている。コンパレータ３１ｄの出力端子には、第１トランジスタ３１ｅのベースが接続され、第１トランジスタ３１ｅのエミッタには、第２端子Ｔ２が接続されている。
【００５６】
第１トランジスタ３１ｅのコレクタには、第１抵抗体３１ｆの第１端と、第２，第３トランジスタ３１ｇ，３１ｈのベースとが接続されている。第１抵抗体３１ｆの第２端には、第２，第３トランジスタ３１ｇ，３１ｈのエミッタが接続されている。第２トランジスタ３１ｇのコレクタには、第３端子Ｔ３が接続されている。第１抵抗体３１ｆの第２端には、ダイオード３１ａと電源コンデンサ３１ｂとの接続点が接続されている。第１端子Ｔ１には、第２ツェナーダイオード３１ｉのカソードが接続され、第２ツェナーダイオード３１ｉのアノードには、第２，第３抵抗体３１ｊ，３１ｋの直列接続体を介して第２端子Ｔ２が接続されている。第２，第３抵抗体３１ｊ，３１ｋの接続点には、調整コンデンサ３１ｌの第１端と、第４トランジスタ３１ｍのベースとが接続されている。調整コンデンサ３１ｌの第２端と、第４トランジスタ３１ｍのエミッタとには、第２端子Ｔ２が接続されている。
【００５７】
ここで、本実施形態において、第２ツェナーダイオード３１ｉのツェナー電圧は、上記許容上限電圧ＶＬＤＨに設定されている。また、本実施形態では、調整コンデンサ３１ｌの静電容量により、上記規定時間ｔ０を設定している。
【００５８】
第４トランジスタ３１ｍのコレクタには、第４，第５抵抗体３１ｎ，３１ｏの直列接続体を介して、ダイオード３１ａと電源コンデンサ３１ｂとの接続点が接続されている。第４，第５抵抗体３１ｎ，３１ｏの接続点には、第５，第６トランジスタ３１ｐ，３１ｑのベースと、第３トランジスタ３１ｈのコレクタとが接続されている。第５トランジスタ３１ｐのエミッタには、第５抵抗体３１ｏの第２端が接続され、第５トランジスタ３１ｐのコレクタには、第３端子Ｔ３と、第６抵抗体３１ｒの第１端とが接続されている。第６抵抗体３１ｒの第２端には、第２端子Ｔ２が接続されている。第６トランジスタ３１ｑのエミッタには、ダイオード３１ａと電源コンデンサ３１ｂとの接続点が接続され、第６トランジスタ３１ｑのコレクタには、第７抵抗体３１ｓを介して調整コンデンサ３１ｌの第１端が接続されている。
【００５９】
続いて、下アーム制御回路３１の同期整流について説明する。Ｘ端子ＰＸ（第１端子Ｔ１）の電位がＥ端子（第２端子Ｔ２）の電位よりも高い場合、Ｘ相巻線１１Ｘの出力電流が電源コンデンサ３１ｂに流れ込み、電源コンデンサ３１ｂが充電される。また、Ｘ端子ＰＸの電位がＥ端子の電位よりも高い場合、コンパレータ３１ｄから論理Ｌの出力信号が出力されるため、第１トランジスタ３１ｅがオフ状態とされる。その結果、第２トランジスタ３１ｇもオフ状態とされ、電源コンデンサ３１ｂから第２トランジスタ３１ｇ及び第３端子Ｔ３を介して下アームスイッチＳｎのゲートに電力が供給されない。このため、下アームスイッチＳｎはオフ状態とされる。
【００６０】
その後、Ｘ端子ＰＸの電位がＥ端子の電位よりも低くなると、コンパレータ３１ｄから論理Ｈの出力信号が出力されるため、第１トランジスタ３１ｅがオン状態に切り替えられる。その結果、第２トランジスタ３１ｇがオン状態に切り替えられ、電源コンデンサ３１ｂから第２トランジスタ３１ｇ及び第３端子Ｔ３を介して下アームスイッチＳｎのゲートに電力が供給される。このため、下アームスイッチＳｎはオン状態に切り替えられる。
【００６１】
続いて、ロードダンプ発生時における下アーム制御回路３１のＬＤ保護処理について説明する。第１端子Ｔ１を介して検出される相電圧ＶＰが第２ツェナーダイオード３１ｉのツェナー電圧ＶＬＤＨを超えると、調整コンデンサ３１ｌが充電されつつ、第４トランジスタ３１ｍのベースに電流が流れ、第４トランジスタ３１ｍがオン状態に切り替えられる。その結果、電源コンデンサ３１ｂから第５，第６トランジスタ３１ｐ，３１ｑのベースに電流が流れ、第５，第６トランジスタ３１ｐ，３１ｑがオン状態に切り替えられる。ここでは、第４トランジスタ３１ｍと第６トランジスタ３１ｑとが相互にオン状態とし合う状態となる。この状態が、上記第１実施形態の図５で説明したオンホールドフラグＯＮｈｏｌｄのセット状態に相当する。
【００６２】
第５トランジスタ３１ｐがオン状態に切り替えられると、電源コンデンサ３１ｂの電圧が、第５トランジスタ３１ｐ及び第３端子Ｔ３を介して下アームスイッチＳｎのゲートに印加される。これにより、相電圧ＶＰが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えてから規定時間ｔ０経過後に、ＬＤ保護処理として下アームスイッチＳｎがオン状態に切り替えられる。
【００６３】
なお、その後、相電圧ＶＰが負電圧になると、コンパレータ３１ｄの出力信号の論理がＬからＨに反転され、第１トランジスタ３１ｅがオン状態に切り替えられる。その結果、第２トランジスタ３１ｇに加えて、第３トランジスタ３１ｈがオン状態に切り替えられる。これにより、第５，第６トランジスタ３１ｐ，３１ｑのベース及びエミッタ間電圧が低下し、第６トランジスタ３１ｑにコレクタ電流が流れなくなる。その結果、調整コンデンサ３１ｌに蓄積された電荷が放電されて第４トランジスタ３１ｍがオフ状態に切り替えられ、第５，第６トランジスタ３１ｐ，３１ｑのオフ状態が維持される。これにより、電源コンデンサ３１ｂから下アームスイッチＳｎのゲートへの電力供給経路が遮断された状態となる。この状態が、上記第１実施形態の図５で説明したオンホールドフラグＯＮｈｏｌｄのリセット状態に相当する。
【００６４】
ちなみに、本実施形態では、第２ツェナーダイオード３１ｉのツェナー電圧を許容上限電圧ＶＬＤＨに設定することにより、先の図５のステップＳ２２の条件を満たしている。これは、相電圧ＶＰが許容上限電圧ＶＬＤＨを超える状況では、相電圧ＶＰがＶＢよりも高く、また、出力電圧ＶＢが許容上限電圧ＶＬＤＨよりも高くなるためである。
【００６５】
以上説明した本実施形態によっても、上記第１実施形態の効果と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、界磁制御回路１４において励磁電流抑制処理を行う。この処理は、ＬＤ保護処理が行われる場合の励磁電流制御を、通常の励磁電流制御から変更する処理である。
【００６７】
つまり、Ｂ端子と、バッテリ２２及び電気負荷２４とのそれぞれを接続する電気配線のインダクタンス成分が大きいことがある。この場合、例えばバッテリ２２の端子から電気配線が外れている状況下、図８に示すように、ＬＤ保護処理が行われることで、負電圧側に向かう大きな逆起電圧が出力電圧ＶＢに含まれることとなる。このときの出力電圧ＶＢの挙動を図８に示す。なお、図８（ａ）〜図８（ｄ）は、先の図６（ａ）〜図６（ｄ）に対応している。
【００６８】
ＬＤ保護処理が行われる状況下において、界磁制御回路１４が速やかに励磁電流の抑制を行うことで、ＬＤ保護処理を短時間で終了させることが求められている。このため、本実施形態では、ＬＤ保護処理によって負電圧側に向かう大きな逆起電圧が生じて出力電圧ＶＢが大きく低下することを利用して、励磁電流を制限する励磁電流抑制処理を行う。
【００６９】
図９に、励磁電流抑制処理の手順を示す。この処理は、界磁制御回路１４によって例えば所定周期で繰り返し実行される。
【００７０】
この一連の処理では、まずステップＳ２７において、出力電圧ＶＢが０Ｖ（「所定電圧」に相当）となったか否かを判断する。この処理は、現在の状況が、ＬＤ保護処理が行われている状況であるか否かを判断するための処理である。なお、本実施形態では、本ステップにおける出力電圧ＶＢの比較対象を０Ｖとしたがこれに限らない。ＬＤ保護処理が行われた直後の出力電圧ＶＢは、例えば−１Ｖ〜＋４Ｖの電圧値まで低下する。このため、出力電圧ＶＢの比較対象を、例えば−１Ｖ〜＋４Ｖの中で設定してもよい。
【００７１】
ステップＳ２７において否定判断した場合には、ステップＳ２８に進み、ＥＣＵ２０から受信した目標電圧に出力電圧ＶＢを制御するように励磁電流を調整する通常の励磁電流制御処理を行う。これは、上述したように、目標電圧と出力電圧ＶＢとの比較結果に基づいて界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧を制御することで行う。ステップＳ２８の処理の完了後、ステップＳ２７に戻る。
【００７２】
一方、ステップＳ２７において肯定判断した場合には、ステップＳ２９に進み、励磁電流抑制処理を行う。本実施形態では、界磁巻線１２に印加するＰＷＭ電圧を一旦所定値（例えば０Ｖ）まで低下させた後、ＰＷＭ電圧のデューティー比を徐々に増加させる処理を行う。具体的には、出力電圧ＶＢが目標電圧に達していない場合、デューティー比を徐々に増加させ、出力電圧ＶＢが目標電圧に達した場合には、上記通常の励磁電流制御処理に移行する。これにより、ＬＤ保護処理中は励磁電流が抑制され、ＬＤ保護処理が終了すると、通常の励磁電流制御処理に移行する。その結果、出力電圧ＶＢを、ＥＣＵ２０から受信した目標電圧に安定させることができる。ステップＳ２９の処理の完了後、ステップＳ２７に戻る。なお、本実施形態において、デューティー比とは、所定時間に対する界磁巻線１２への電圧印加時間の比率（電圧印加時間／所定時間）のことである。また、本実施形態において、ステップＳ２７で肯定判断されて励磁電流抑制処理が一旦開始された後、出力電圧ＶＢが目標電圧に達して通常の励磁電流制御処理に移行するまでは、ステップＳ２７で否定判断された場合であっても、励磁電流抑制処理が継続されることとする。
【００７３】
以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態で得られる効果に加えて、界磁制御回路１４による出力電圧ＶＢの制御精度が大きく低下することを回避できるといった効果を得ることができる。
【００７４】
（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、ＬＤ保護処理を変更する。詳しくは、相電圧が正極性に反転されてから、相電圧の１／６周期に相当する電気角周期（６０°）が経過するまでの期間において、出力電圧ＶＢが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えた場合であっても、ＬＤ保護処理による下アームスイッチＳｎのオン状態への切り替えを禁止する処理を行う。この処理は、以下に説明する理由のために設けられる。
【００７５】
図１０に示すように、３相巻線を備える発電機１０においては、電機子巻線から出力される交流電圧の「１／６」電気角周期（６０°）は、２相の相電圧が正極性となる期間となる。この期間において、例えばＢ端子と接続された電気配線がバッテリ２２の端子から外れることによってＬＤ保護処理が行われることを考える。この場合、２相分の下アームスイッチＳｎがオン状態にされることから、１相分の下アームスイッチＳｎがオン状態とされる場合と比較して、Ｂ端子から電気負荷２４へと出力される電流の消失期間が長くなる。その結果、電気負荷２４の電圧低下量が大きくなる懸念がある。
【００７６】
そこで本実施形態では、上記禁止する処理を行うことで、例えば電気負荷２４の大きな電圧低下を抑制する。
【００７７】
図１１に、下アーム制御回路３１の行う下アームスイッチＳｎの駆動処理について説明する。この処理は、Ｘ，Ｙ，Ｚ相のそれぞれの下アーム制御回路３１によって例えば所定周期で繰り返し実行される。なお、図１１において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。
【００７８】
この一連の処理では、まずステップＳ３０において、パラメータＡを１に設定する。
【００７９】
続くステップＳ２０において相電圧ＶＰが０Ｖ以上であると判断した場合には、ステップＳ３１に進み、下アームスイッチＳｎをオフ状態とする。
【００８０】
続くステップＳ３２では、ステップＳ２０において否定判断されてから重複時間ｔｗ経過するまで待機する。ここで、重複時間ｔｗは、相電圧の１／６周期「ＴＡ／６」にパラメータＡを乗算した時間である。なお、本実施形態において、本ステップの処理が「禁止手段」に相当する。
【００８１】
続くステップＳ３３では、相電圧ＶＰが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えているか否かを判断する。この処理は、先の図５のステップＳ２２の処理に対応する処理である。
【００８２】
ステップＳ３３において相電圧ＶＰが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えていると判断した場合には、ステップＳ２３を経由してステップＳ３４に進む。ステップＳ３４では、下アームスイッチＳｎをオン操作し、オンホールドフラグＯＮｈｏｌｄをセットする。さらに、パラメータＡを０に設定する。
【００８３】
続くステップＳ３５では、相電圧ＶＰが０Ｖ未満であるか否かを判断する。ステップＳ３５において０Ｖ未満であると判断した場合には、ステップＳ２１に進む。一方、ステップＳ３５において相電圧ＶＰが０Ｖ以上であると判断した場合には、ステップＳ３３に戻る。
【００８４】
ステップＳ３３において相電圧ＶＰが許容上限電圧ＶＬＤＨ以下であると判断した場合には、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５においてオンホールドフラグＯＮｈｏｌｄがセットされていると判断した場合には、ステップＳ３４に進む。一方、ステップＳ２５においてリセットされていると判断した場合には、ステップＳ３６に進み、計時用のカウンタ値Ｔｆｉｎがリセットされた後、最初にステップＳ３３において肯定判断されてからのカウンタ値Ｔｆｉｎ（経過時間）が相電圧の６周期「６×ＴＡ」に相当する時間を超えたか否かを判断する。この処理は、相電圧の１周期毎にＬＤ保護処理を行う必要があるか否かを判断するための処理である。ステップＳ３６において経過していないと判断した場合には、ステップＳ２０に戻る。一方、ステップＳ３６において経過したと判断した場合には、カウンタＴｆｉｎを０にリセットした後、ステップＳ３０に戻る。なお、ステップＳ３６においてカウンタ値Ｔｆｉｎと比較される閾値時間は、相電圧の６周期「６×ＴＡ」に限らない。
【００８５】
以上説明した本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果に加えて、ＬＤ保護処理時に発電機１０の出力電流が大きく低下することを回避できるといった効果を得ることができる。
【００８６】
（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
【００８７】
・図１２に示すように、上アームをダイオードＤｐのみによって構成してもよい。なお図１２において、先の図１と同一の部材については、便宜上、同一の符号を付している。
【００８８】
・先の図５のステップＳ２０の処理を、相電圧ＶＰが０よりもやや高い値であるか否か、又は相電圧ＶＰが０よりもやや低い値未満であるか否かを判断する処理に置き換えてもよい。すなわち、第２電圧値は、０に限らない。
【００８９】
・上記発明では、ロードダンプ発生時にオン状態とする保護用スイッチを下アームスイッチＳｎとしたがこれに限らず、上アームスイッチＳｐとしてもよい。この場合、例えば、上アーム制御回路３０は、出力電圧ＶＢが許容上限電圧ＶＬＤＨを超えたと判断した場合、各相の電機子巻線のうち、出力電圧が負極性となった電機子巻線に接続された上アームスイッチＳｐをオン状態にすればよい。また、３相の片側アームを全て保護用スイッチとせず、これら片側アームのうち一部のアームをダイオードに置き換えても、限定的なロードダンプ抑制効果を得ることができる。
【００９０】
・電機子巻線としては、３相のものに限らず、Ｍ相のもの（Ｍは４以上の整数）であってもよい。この場合、上記第４実施形態において、重複時間ｔｗは、電気角１周期を３６０°とすると、「１８０°−３６０°／Ｍ」によって表すことができる。
【００９１】
・上記第１実施形態では、各スイッチＳｐ，Ｓｎを非飽和領域で駆動したがこれにかぎらず、飽和領域で駆動してもよい。ここで、飽和領域とは、ＭＯＳＦＥＴのドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓとドレイン電流Ｉｄとが関係付けられた出力特性において、ドレイン及びソース間電圧Ｖｄｓの大きさにかかわらずドレイン電流Ｉｄが略一定となる領域のことである。この場合であっても、上記第１実施形態の（１），（２）の効果を得ることはできる。
【００９２】
・先の図５のステップＳ２１において、下アームスイッチＳｎをオン状態とする処理を除去してもよい。この場合、下アームダイオードＤｎによって整流が行われることとなる。
【００９３】
・先の図５のステップＳ２３において、規定時間ｔ０を、電機子巻線から出力される交流電圧の半周期「ＴＡ／２」よりも長い期間に渡って下アームスイッチＳｎを継続してオン状態にできる電荷を電源コンデンサ３１ｂに充電可能な時間に設定してもよい。
【００９４】
・上記第４実施形態の図１１のステップＳ３３の処理を、図５のステップＳ２２の処理に置き換えてもよい。
【００９５】
・上アームスイッチＳｐ及び下アームスイッチＳｎとしては、ＭＯＳＦＥＴに限らず、例えばＩＧＢＴであってもよい。また、各スイッチＳｐ，Ｓｎとしては、電圧制御形の半導体スイッチング素子に限らず、バイポーラトランジスタ等、電流制御形の半導体スイッチング素子であってもよい。
【００９６】
・発電機としては、Ｙ結線されたものに限らず、Δ結線されたものであってもよい。また、発電機としては、例えば上記特許文献の図１に示すように、２組の３相電機子巻線と、各組の電機子巻線に接続された３相全波整流回路とを備えるものであってもよい。この場合、例えば、２組の３相全波整流回路のうち少なくとも一方を構成する片側アームを、ロードダンプの保護用スイッチにて構成してもよい。さらに、発電機としては、車両に搭載されるものに限らない。
【符号の説明】
【００９７】
１０…発電機、１１Ｘ，１１Ｙ，１１Ｚ…電機子巻線、１３…整流回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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