(57)【要約】【課題】  発電コイルに容量性の負荷が接続されて界磁コイル側に非所望に高い交番電圧が誘起された場合でも出力電圧の上昇を抑制する。【解決手段】  発電機の出力電圧を検出して励磁電流をオンオフする発電装置において、界磁コイルを橋絡するように、半導体素子（Ｔｒ１）１０を設ける。そして、更に必要に応じて、ダイオード（Ｄ７）に直列に抵抗素子１３を設ける。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電コイルとエキサイタコイルをステータに、界磁コイルをロータに備え、
当該エキサイタコイルに誘起された交番電圧を整流してコンデンサで平滑した後に、前記界磁コイルに励磁電流を供給するよう構成されると共に、
前記発電コイルの出力電圧が所定の値を超えたら半導体開閉素子をオフして、前記界磁コイルへの励磁電流の供給を一時的に停止するようにした制御回路を有する発電装置において、
前記界磁コイルにダイオードを並列に設けて前記半導体開閉素子がオフした際に発生するフリーホイール電流を流すようにすると共に、
前記界磁コイルに誘起される交番電圧に伴い、当該界磁コイルの正端子の電圧が非所望に上昇した状態の下でオンされて、前記界磁コイルの正端子の電圧を抵抗素子を介して分路する半導体素子を設け、
当該半導体素子は、前記半導体開閉素子がオンされるに先立ってオフ状態にされるように制御されることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記ダイオードに抵抗を直列接続して前記フリーホイール電流を制限することを特徴とする請求項１記載の発電装置。
【請求項３】
発電コイルとエキサイタコイルをステータに、界磁コイルをロータに備え、
当該エキサイタコイルに誘起された交番電圧を整流してコンデンサで平滑した後に、前記界磁コイルに励磁電流を供給するよう構成されると共に、
前記発電コイルの出力電圧が第１の所定の値を超えたら半導体開閉素子をオフして、前記界磁コイルへの励磁電流の供給を一時的に停止するようにした制御回路を有する発電装置において、
前記界磁コイルに誘起される交番電圧に伴い、当該界磁コイルの正端子の電圧が非所望に上昇した状態の下でオンされて、前記界磁コイルの正端子の電圧を抵抗素子を介して分路する半導体素子を設け、
当該半導体素子は、前記半導体開閉素子がオンされるに先立ってオフ状態にされるように制御されると共に、
前記半導体開閉素子のオフ時に前記界磁コイルにフリーホイール電流を流すサイリスタを前記界磁コイルに並列に設け、前記発電コイルの出力電圧が第２の所定の値を超えたら前記サイリスタがオフ状態を保ち、前記サイリスタに並列に設けられたダイオードと抵抗素子の直列回路により前記フリーホイール電流を制限することを特徴とする発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電コイルと界磁コイルとエキサイタコイルとを備えた発電装置において、発電コイルに容量性の負荷が接続されて出力電圧が非所望に上昇すると共に界磁コイルに非所望に高い交番電圧が誘起される場合に、当該非所望に高い交番電圧を抑止するようにした発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ステータ側に発電コイルとエキサイタコイルとが設けられ、ロータ側に界磁コイルが設けられてなる発電機において、発電コイルに容量性の負荷が接続される際に、発電機の出力電圧が非所望に上昇しかつ界磁コイルの側に非所望レベルの交番電圧が誘起されることが生じる。
【０００３】
言うまでもなく、前記エキサイタコイルに発生された交番電圧は、整流された上でコンデンサで平滑され、当該平滑化された直流電圧が前記界磁コイルに励磁電流を供給している。
【０００４】
このような場合に、前述した非所望レベルの交番電圧が界磁コイルに生じると、平滑のために設けられている前記コンデンサに高い電圧が充電されることとなり、当該コンデンサとして高い耐圧のものを用いざるを得なくなる。
【０００５】
この点を解決するための対策が講じられており、本願出願人も、前記の平滑のためのコンデンサに高い電圧が充電されたことを検出して、当該高い電圧を放電することを提案している（特許文献１）。
【０００６】
当該特許文献１においては、発電コイルの出力電圧が所定の値を超えたら半導体開閉素子をオフして界磁コイルに供給する励磁電流を一時的に停止するようにする共に、前記の平滑のためのコンデンサの端子電圧を検出しておいて高い電圧が発生した場合に当該コンデンサに充電された電荷を放散させるようにしている。
【特許文献１】実用新案登録第２５４７３９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、発電コイルに容量性の負荷が接続されて界磁コイル側に非所望に高い交番電圧が誘起され、前述の平滑のためのコンデンサに高い電圧が充電されることを前もって防止することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１は本発明の要部構成図を示す。
図中の符号１は発電機のステータに巻回される発電コイル、２は発電機のロータに巻回されている界磁コイル、３は発電機のステータに巻回されているエキサイタコイル、４は整流回路、５は平滑用のコンデンサ（Ｃ１）、６は発電コイルの出力電圧を検出するために設けられた整流回路、７は出力電圧が閾値を超えた際にオンされるツェナーダイオード（ＤＺ２）、８は回路構成部であってツェナーダイオード７（ＤＺ２）がオンまたはオフした際に後述の半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９やスイッチ素子（Ｔｒ５）１２を夫々オンまたはオフする出力を発生するもの、９は半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）であって界磁コイル２に流れる励磁電流の流れをオンまたはオフするもの、１０は本発明において設けられている半導体素子（Ｔｒ１）であって界磁コイル２に誘起される交番電圧の正の値が所定値以上にある際にオン状態にされるもの、１１はダイオード（Ｄ７）であって界磁コイル２に流れる反起電流を流すもの、１２はスイッチ素子（Ｔｒ５）であって半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオンするに先立って半導体素子（Ｔｒ１）１０を強制的にオフ状態に置くためのものを表している。
【０００９】
発電機の界磁コイル２が巻回されているロータによる磁界によってエキサイタコイル３に交番電圧が誘起され、当該交番電圧は整流回路４によって整流され平滑用のコンデンサ５により平滑されて直流電圧となり、界磁コイル２に励磁電流を供給する。当該励磁電流が界磁磁束を発生し、発電コイル１に電圧を誘起して負荷に給電すると共に、エキサイタコイル３に交番電圧を誘起する。即ち、図中の発電機は自己励磁状態の下で、出力電圧を負荷に給電する。
【００１０】
出力電圧の大きさは、図示の発電コイル１にタップを設けて分圧された電圧を整流回路６で整流され抵抗Ｒ３とコンデンサＣ３の時定数で平滑した直流電圧を抵抗Ｒ７，Ｒ２，Ｒ４（ＲＸ１）で分圧しツェナーダイオード（ＤＺ２）７で検出するようにされる。即ち、出力電圧が所定の値以下にある場合には、ツェナーダイオード（ＤＺ２）７がオフ状態にあり、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９はオン状態にあって、界磁コイル２に励磁電流を供給しつづける。そして、出力電圧が所定の値を超えると、ツェナーダイオード（ＤＺ２）７がオンされると回路構成部８によって半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオフ状態にされ出力電圧が低下するようにされる。
【００１１】
前述の特許文献１に開示されているように、発電コイル１に容量性の負荷が接続される場合に、発電機の出力電圧が非所望に上昇することがある。このような場合には、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオフされて励磁電流の供給が停止されるが、その間にも界磁コイル２に対して高い交番電圧が誘起されることが生じる。
【００１２】
前述の特許文献１の場合には、当該高い交番電圧の発生に伴って、図１図示の平滑用のコンデンサ（Ｃ１）５が非所望に高い電圧に充電されることが生じ、この電圧を検出して当該コンデンサ（Ｃ１）５の電荷を放電させるようにしていた。
【００１３】
当該特許文献１に対して、本発明の場合には、界磁コイル２に誘起される交番電圧が非所望に上昇した場合に、図示の半導体素子（Ｔｒ１）１０がオンして、界磁コイル２に誘起された交番電圧を側路するようにされる。当該交番電圧の正の半波は半導体素子（Ｔｒ１）１０を介して流れ、当該交番電圧の負の半波はダイオード（Ｄ７）１１を介して流れる。
【００１４】
このようにして、界磁コイル２に誘起された高い交番電圧は放散されることになるが、半導体素子（Ｔｒ１）１０がオン状態の下で半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオン状態となると、エキサイタコイル３から供給される電流が界磁コイル２に流れる代わりに半導体素子（Ｔｒ１）１０に流れることとなってしまい兼ねない。
【００１５】
このために、本発明においては、回路構成部８からの制御により、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオンするのに先立って、半導体素子（Ｔｒ１）１０を強制的にオフ状態に置き、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオフされた状態の下で界磁コイル２に高い交番電圧が誘起されている状況にあるときには半導体素子（Ｔｒ１）１０をオン状態に保つようにしている。
【００１６】
即ち、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオンするに先立って、図示のスイッチ素子（Ｔｒ５）１２がオンして、半導体素子（Ｔｒ１）１０がオン状態にあればそれをオフ状態にスイッチするようにする。言うまでもなく、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオフされている状態ではスイッチ素子（Ｔｒ５）１２もオフされてしまい、界磁コイル２に高い交番電圧が誘起されていて半導体素子（Ｔｒ１）１０がオンすべき状態にあれば、当該半導体素子（Ｔｒ１）１０をオン状態にするようにしている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の場合には、特許文献１の場合と異なり、界磁コイルに誘起された高い交番電圧によって平滑用のコンデンサが高い電圧に充電されることがなく、出力電圧が高電圧になることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図２は本発明の実施例構成を示す。図中の符号１ないし１２は図１に対応している。
半導体素子（Ｔｒ１）１０は絶縁ゲート電解効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）であり、半導体素子（Ｔｒ１）１０のドレインに抵抗素子Ｒ１５−１，Ｒ１５−２が挿入されており、ゲート電圧を与えるために抵抗素子Ｒ２６と抵抗素子Ｒ２９，Ｒ３０とコンデンサＣ４とが設けられている。この回路定数を選択することによって、界磁コイル２の正の端子に生じる電圧が所定のレベルを超える場合には、半導体素子（Ｔｒ１）１０はオン状態となるようにされ、一旦、半導体素子（Ｔｒ１）１０がオンすると抵抗素子Ｒ１５−１，Ｒ１５−２に流れる電流により、抵抗素子Ｒ１５−１，Ｒ１５−２の並列抵抗の両端に電位差が生じて、その電位差が新たな半導体素子（Ｔｒ１）１０のゲート電源となり、半導体素子（Ｔｒ１）１０がオン保持するよう工夫されている。
【００１９】
発電機の出力電圧が所定の値以下にある場合に、図１を参照して説明した如く、ツェナーダイオード（ＤＺ２）７がオフしている。
【００２０】
これに伴って、図示のトランジスタ（Ｔｒ８）がオフし、トランジスタ（Ｔｒ７）がオンし、トランジスタ（Ｔｒ４）とトランジスタ（Ｔｒ６）とがオフし、Ｔｒ２とＴｒ３でダーリントン接続されている半導体開閉素子９はオンしており、かつ単体トランジスタであるスイッチ素子（Ｔｒ５）１２もオンして半導体素子（Ｔｒ１）１０のゲート電圧がどのような状態であろうとも当該半導体素子（Ｔｒ１）１０をオフしている。
【００２１】
発電機の出力電圧が所定の値を超えた場合には、ツェナーダイオード（ＤＺ２）７がオンして、これに伴って、トランジスタ（Ｔｒ８）がオンし、トランジスタ（Ｔｒ７）がオフし、トランジスタ（Ｔｒ４）とトランジスタ（Ｔｒ６）とがオンし、Ｔｒ２とＴｒ３がダーリントン接続される半導体開閉素子９がオフし、かつ単体トランジスタのスイッチ素子（Ｔｒ５）１２がオフする。
【００２２】
即ち、界磁コイル２に流れる励磁電流の供給を停止して、発電機の出力を低下させる。従って発電機の発電コイルに発生する電圧を検出して、界磁コイルに流れる電流をオンオフすることにより発電機の出力を一定にする自動電圧調整機能を満足する。ただし、前述のように容量性の負荷、例えばメタルハライドランプ等が発電機の出力に接続されて、界磁コイル２に高い交番電圧が誘起されていれば半導体素子（Ｔｒ１）１０がオンするようにされる。
【００２３】
ツェナーダイオード（ＤＺ２）７がオン状態からオフ状態に移行する際に、Ｔｒ２とＴｒ３のダーリントン接続された即ち半導体開閉素子９がオフ状態からオン状態に移行する際には単体トランジスタと比べて移行時間が長いので、スイッチングスピードの速い（Ｔｒ１）１０と時間的な非所望なアンバランスを生じてしまうので、半導体開閉素子９がオンされるに先立ってスイッチ素子（Ｔｒ５）１２がオンし、半導体素子（Ｔｒ１）１０をオフすることにより、Ｔｒ７とＴｒ９が同時にオンしてしまってエキサイタ電圧が半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９に流れてしまうことがないようにされている。
【００２４】
半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９によって励磁電流の供給が断たれる際の反起電流は、ダイオード（Ｄ７）１１を介して流れる。
【００２５】
上述した如く、本発明においては、発電コイル１に容量性の負荷が接続されていて出力電圧が非所望に上昇した如き場合に、界磁コイル２に誘起される交番電圧が高い場合にその正の半波は半導体素子（Ｔｒ１）１０を通して流れかつ負の半波はダイオード（Ｄ７）１１を通して流れる。
【００２６】
なお、発電コイルに抵抗負荷や誘導性負荷が接続されている場合には、界磁コイル２に誘起される交番電圧は低い値となっていて、半導体素子（Ｔｒ１）１０を介して放散させるまでもない。即ち半導体素子（Ｔｒ１）１０は一般にオフ状態を維持している。
【００２７】
なお、半導体素子（Ｔｒ１）１０に関連する回路構成において、ダイオード（Ｄ９）が挿入されているが、当該ダイオード（Ｄ９）は図示のコンデンサ（Ｃ４）に蓄えられた電荷が半導体素子（Ｔｒ１）１０のオン時に当該半導体素子（Ｔｒ１）１０のドレイン側に流れ込んで非所望に放電することを防止している。しかし、必須のものではない。また、ダイオード１１に直列に低抵抗を接続することにより反起電流、つまりフリーホイール電流を制限して非所望な出力電圧の上昇を防止することもできる。
【００２８】
〔変形例〕
図３は図２に示した構成の変形例を示す。図中の符号１ないし１２は図２に示すものに対応している。
【００２９】
なお、図３において一点鎖線で囲った４角の構成Ａ，Ｂ，Ｃが、図２に示す構成に対して付加されている。そして当該付加された部分が変形例の特徴点を構成しているので、この点に絞って変形例について説明を行う。ただ、図３においては、図２に示す構成の内で図２中の丸い一点鎖線で囲った部分Ｉ，II, III が削除され、また、一点鎖線に囲まれたＤが付加されているが、本発明および変形例の構成や動作について本質的な影響を与えるものではない。
【００３０】
図３に示す変形例の基本的な動作、特に、半導体素子（Ｔｒ１）１０を設け、かつ、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９がオンするに先立ってスイッチ素子（Ｔｒ５）１２がオンして半導体素子（Ｔｒ１）１０を強制的にオフ状態に移行させる点については、全く同じである。
【００３１】
図３に示す変形例においては、基本的には、ダイオード（Ｄ７）１１に直列に抵抗素子１３が挿入されている。即ち、図３に示す変形例においては、界磁コイル２に誘起される交番電圧に伴う所の、更にまた半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９が励磁電流の供給を切断した際に生じる所の負の半波の起電力による電流（フリーホイール電流）を、抵抗素子１３によって制限させるようにしている。更に言えば、発電コイル１に前述の如く容量性負荷が接続された際に発電機の出力電圧が非所望に上昇することが生じ、界磁コイル２に誘起される前述の交番電圧が高くなることがあるが、この際の界磁電流（ダイオード（Ｄ７）１１を流れる方向のフリーホイール電流で出力電圧を増加させる電流）を、前記抵抗素子１３によって制限させるようにしている。
【００３２】
抵抗素子１３を挿入した根拠は前述の通りであるが、当該抵抗素子１３を挿入したために次の事態が新たに生じることが判った。発電コイル１に抵抗負荷や誘導性負荷が接続されている場合に、即ち、容量性負荷が接続されて出力電圧が非所望に上昇するような状況にない場合にも、前述の電流制限が行われることとなり、発電機の出力電圧が低下ぎみになることが判った。
【００３３】
図３においては、発電コイル１に容量性負荷が接続されて出力電圧が非所望に上昇している場合にのみ、前述の如く、抵抗素子１３によって界磁電流制限を行わせるようにしている。即ち、図３において、回路構成Ａと回路構成Ｂとを付加している。
【００３４】
回路構成Ｂにおけるサイリスタ（ＳＣＲ１）１４は、発電機の出力電圧が前述の如く非所望に上昇している間にはオフ状態とされて、前述のダイオード（Ｄ７）１１と抵抗素子１３とによる界磁電流制限を行うようにしているが、発電機の出力電圧が非所望に高くない場合にはオン状態にされ、前述のダイオード（Ｄ７）１１と抵抗素子１３との直列回路をサイリスタ（ＳＣＲ１）１４によって短絡させている。即ち、サイリスタ（ＳＣＲ１）１４をオン状態として、フリーホイール電流をサイリスタ（ＳＣＲ１）１４によって界磁電流制限なしに通過させるようにしている。
【００３５】
このために、回路構成Ａにおいてツェナーダイオード（ＤＺ３）１６とトランジスタ（Ｔｒ９）１７とフォトカプラの一方（ＩＣ１）１５−１とを設け、回路構成Ｂにおいてフォトカプラの他方（ＩＣ１）１５−２を設けている。
【００３６】
発電機の出力電圧が非所望に高くはない状態の下で、ツェナーダイオード（ＤＺ３）１６はオフ状態にあり、トランジスタ（Ｔｒ９）１７もオフ状態で、フォトカプラ（ＩＣ１）１５−１，１５−２はオフ状態にあり、回路構成Ｂ中のサイリスタ（ＳＣＲ１）１４はオン状態にされていて、前述のダイオード（Ｄ７）１１と抵抗素子１３との直列回路はサイリスタ（ＳＣＲ１）１４によって短絡されている。
【００３７】
しかし、発電機の出力電圧が非所望に上昇すると、回路構成Ａ中のツェナーダイオード（ＤＺ３）１６がオンし、トランジスタ（Ｔｒ９）１７がオンし、フォトカプラ（ＩＣ１）１５−１がオンし、回路構成Ｂ中でフォトカプラ（ＩＣ１）１５−２がオンし、サイリスタ（ＳＣＲ１）１４はオフされる。即ち、前述のダイオード（Ｄ７）１１と抵抗素子１３との直列回路による電流制限が有効に働くこととなる。
【００３８】
図３においては、図２にくらべて回路構成Ｄが付加されているが、当該回路構成Ｄにおけるコンデンサ（Ｃ５）と抵抗素子（Ｒ９）との直列回路は、半導体開閉素子（Ｔｒ２，Ｔｒ３）９のスイッチ動作を多少早めるためのものであって、本発明の基本動作に変更を与えるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上説明した如く、本発明によれば、発電機に容量性負荷が接続されて発電機の出力電圧が非所望に上昇するような場合でも、界磁コイルに誘起する交番電圧による出力電圧の上昇を抑制させることができる。更に言えば、特許文献１に開示されている場合には平滑コンデンサ（Ｃ１）自体における電圧上昇を検出するようにしていたが、本発明においては、平滑コンデンサ（Ｃ１）自体における電圧上昇を未然に防止することができる。また、界磁コイルに誘起された非所望に高い交番電圧を、界磁コイルの極く近傍で、界磁コイルに並列に設けた回路構成によって制限させていて、上昇した交番電圧が他の回路構成に非所望に影響を与えることがない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の概念構成を説明する図である。
【図２】本発明の実施例構成を示す。
【図３】図２に示した構成の変形例を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１：発電コイル
２：界磁コイル
３：エキサイタコイル
４：整流回路
５：平滑用のコンデンサ
６：整流回路
７：ツェナーダイオード
８：回路構成部
９：半導体開閉素子
１０：半導体素子
１１：ダイオード
１２：スイッチ素子
１３：抵抗素子
１４：サイリスタ
１５：フォトカプラ
１６：ツェナーダイオード
１７：トランジスタ
【図１】
2007236054.tif 000003
【図２】
2007236054.tif 000004
【図３】
2007236054.tif 000005