(57)【要約】【課題】過電流による界磁回路部の損壊を抑制できる、自動電圧調整器を提供する。【解決手段】ダイオードブリッジ６１，６２を含む整流回路により、交流発電機２の出力電圧が整流されて、交流発電機の界磁巻線に励磁電流を供給するための直流電圧が生成される。界磁巻線に供給される励磁電流は、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のオン／オフにより調節される。この励磁電流の調節により、交流発電機の出力電圧が調整される。低圧側給電線９２に所定電流値以上の過電流が流れて、オペアンプ１２２による増幅後の電圧が予め設定された基準電圧よりも高くなると、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３が強制的にオフにされる。そして、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３に所定電流値以上の電流が流れている間、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオフに維持される。これにより、交流発電機の界磁巻線に励磁電流が供給されず、交流発電機の発電が停止する。【選択図】図３
2017135914.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器であって、
前記交流発電機の界磁巻線に励磁電流を供給する界磁回路部を含み、
前記界磁回路部は、
前記交流発電機の出力電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路と、
前記整流回路が生成する直流電圧により前記界磁巻線に供給される励磁電流を調節するためにオン／オフされるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れていることを検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により前記所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、前記スイッチング素子をオフに維持する強制オフ回路とを備える、自動電圧調整器。
【請求項２】
前記界磁回路部は、
リレーのオン／オフにより信号の出力／停止が切り替わる信号出力回路と、
前記電流検出回路により前記所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、前記リレーをオンに維持するリレーオン回路とを備える、請求項１に記載の自動電圧調整器。
【請求項３】
交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器であって、
前記交流発電機の界磁巻線に励磁電流を供給する界磁回路部を含み、
前記界磁回路部は、
前記交流発電機の出力電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路と、
前記整流回路が生成する直流電圧により前記界磁巻線に供給される励磁電流を調節するためにオン／オフされるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れていることを検出する電流検出回路と、
リレーを内蔵し、前記リレーのオン／オフにより信号の出力／停止が切り替わる信号出力回路と、
前記電流検出回路により前記所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、前記リレーをオンに維持するリレーオン回路とを備える、自動電圧調整器。
【請求項４】
前記電流検出回路は、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れているときにハイレベル信号を出力し、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れていないときにローレベル信号を出力し、
前記強制オフ回路は、前記電流検出回路からのハイレベル信号の出力に応じてオンになり、前記スイッチング素子をオフにする電圧を前記スイッチング素子に入力するトランジスタを備える、請求項１または２に記載の自動電圧調整器。
【請求項５】
前記電流検出回路は、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れているときにハイレベル信号を出力し、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れていないときにローレベル信号を出力し、
前記リレーオン回路は、前記電流検出回路からのハイレベル信号の出力に応じてオンになり、前記リレーをオンさせる電流を前記信号出力回路に通電させるトランジスタを備える、請求項２または３に記載の自動電圧調整器。
【請求項６】
前記交流発電機の出力電圧を整流して検出電圧を生成する電圧検出部と、
前記電圧検出部による検出電圧と予め設定される設定電圧との差に応じてオン／オフする制御信号を出力する制御部とをさらに含み、
前記スイッチング素子は、前記制御信号のオン／オフに応じてオン／オフされる、請求項１〜５のいずれか一項に記載の自動電圧調整器。
【請求項７】
前記交流発電機の出力電圧を整流して電源電圧を生成する電源部をさらに含み、
前記電圧検出部および前記電源部は、第１ダイオードブリッジおよび第２ダイオードブリッジを共通に備え、
前記第１ダイオードブリッジの一方の入力端子および前記第２ダイオードブリッジの一方の入力端子には、前記交流発電機のＵ相出力電圧、Ｖ相出力電圧またはＷ相出力電圧のいずれか１つが共通に入力され、前記第１ダイオードブリッジの他方の入力端子および第２ダイオードブリッジの他方の入力端子には、前記交流発電機のＵ相出力電圧、Ｖ相出力電圧およびＷ相出力電圧のうちの残りの２つが入力され、
前記電圧検出部は、前記検出電圧の生成に、前記第１ダイオードブリッジの２個の出力端子間の電圧を利用し、
前記電源部は、前記電源電圧の生成に、前記第２ダイオードブリッジの２個の出力端子間の電圧を利用する、請求項６に記載の自動電圧調整器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流発電機の自動電圧調整器（ＡＶＲ：Automatic Voltage Regulator）に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流発電機には、その出力電圧を設定電圧に自動的に調整する自動電圧調整器が用いられる。
【０００３】
自動電圧調整器の一例では、交流発電機の出力電圧を整流して、出力電圧に応じた直流電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部による検出電圧と設定電圧との差に応じた制御信号を出力する制御部と、制御部から出力される制御信号に応じた電流を交流発電機の界磁巻線（励磁コイル）に供給する界磁回路部とが設けられている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００４】
図５は、従来の界磁回路部の構成を示す回路図である。
【０００５】
界磁回路部２０１は、たとえば、２個のダイオードブリッジ２０２，２０３および３個の平滑コンデンサ２０４，２０５，２０６からなる全波整流回路を備えている。交流発電機の界磁巻線の一端（Ｊ）および他端（Ｋ）には、それぞれプラス配線２０７およびマイナス配線２０８が接続されている。全波整流回路の働きにより、交流発電機が出力する各相電圧が全波整流され、プラス配線２０７とマイナス配線２０８との間に直流電圧が発生する。
【０００６】
マイナス配線２０８の途中部には、ＭＯＳＦＥＴ２０９が介在されている。また、界磁回路部２０１には、プラス配線２０７とマイナス配線２０８との間に発生する直流電圧からＭＯＳＦＥＴ２０９のゲートに入力されるゲート電圧を生成するゲート電源回路２１１と、そのゲート電圧をＭＯＳＦＥＴ２０９のゲートに供給／停止するゲート駆動回路２１２とが設けられている。制御部から出力される制御信号により、ゲート駆動回路２１２が駆動されて、ＭＯＳＦＥＴ２０９がオン／オフされ、このチョッパ制御による直流電流が界磁巻線に供給されることにより、交流発電機の出力電圧が設定電圧に制御される。
【０００７】
また、界磁巻線は、還流ダイオード（フライホイールダイオード）２１３が並列に接続されている。具体的には、プラス配線２０８に還流ダイオード２１３のカソードが接続され、マイナス配線２０８における界磁巻線とＭＯＳＦＥＴ２０９との間に還流ダイオード２１３のアノードが接続されている。これにより、ＭＯＳＦＥＴ２０９のオンからオフへの切替時に、界磁巻線および還流ダイオード２１３による閉回路が形成され、その切替時に生じる過渡的な高電圧（サージ電圧）による大きなサージ電流がＭＯＳＦＥＴ２０９に流れることを抑制でき、ＭＯＳＦＥＴ２０９がサージ電流によって破壊されることを抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２５９２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、還流ダイオード２１３が設けられていても、ＭＯＳＦＥＴ２０９を通して界磁回路部２０１にサージ電流が流れることがある。
【００１０】
ダイオードブリッジ２０２の一方の入力端子と交流発電機のＵ相巻線との間およびダイオードブリッジ２０３の一方の入力端子と交流発電機のＷ相巻線との間には、それぞれヒューズ２１４，２１５が介装されている。そのため、ＭＯＳＦＥＴ２０９が破壊されて、界磁巻線が常時通電されても、各ダイオードブリッジ２０２，２０３の入力端子にそれぞれ入力されるＵ相電圧およびＷ相電圧が過大になると、ヒューズ２１４，２１５が切れるので、交流発電機は保護される。しかしながら、界磁回路部２０１にサージ電流が流れると、界磁回路部２０１がサージ電流による損壊を受けるおそれがある。
【００１１】
本発明の目的は、過電流による界磁回路部の損壊を抑制できる、自動電圧調整器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記の目的を達成するため、本発明に係る自動電圧調整器は、交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器であって、交流発電機の界磁巻線に励磁電流を供給する界磁回路部を含み、界磁回路部は、交流発電機の出力電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路と、整流回路が生成する直流電圧により界磁巻線に供給される励磁電流を調節するためにオン／オフされるスイッチング素子と、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れていることを検出する電流検出回路と、電流検出回路により所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、スイッチング素子をオフに維持する強制オフ回路とを備える。
【００１３】
この構成によれば、整流回路により、交流発電機の出力電圧が整流されて、界磁巻線に励磁電流を供給するための直流電圧が生成される。界磁巻線に供給される励磁電流は、スイッチング素子のオン／オフ（チョッパ制御）により調節される。この励磁電流の調節により、交流発電機の出力電圧が調整される。
【００１４】
電流検出回路により、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れていることが検出されると、強制オフ回路の機能により、スイッチング素子が強制的にオフにされる。そして、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れている間、スイッチング素子がオフに維持される。これにより、交流発電機の界磁巻線に励磁電流が供給されず、交流発電機の発電が停止し、スイッチング素子を通して界磁回路部に所定電流値以上の電流が流れることを抑制できる。そのため、界磁回路部が所定電流値を大きく超える過電流による損壊を受けることを抑制できる。
【００１５】
界磁回路部は、リレーのオン／オフにより信号の出力／停止が切り替わる信号出力回路と、電流検出回路により所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、リレーをオンに維持するリレーオン回路とをさらに備えていてもよい。
【００１６】
この構成によれば、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れると、リレーがオンになって、信号出力回路から信号が出力される。たとえば、信号出力回路から信号が出力されている間、信号出力回路から出力される信号を受けた外部装置が自動電圧調整器の動作を停止させることにより、界磁回路部に所定電流値以上の電流が流れることを抑制できる。そのため、界磁回路部が所定電流値を大きく超える過電流による損壊を受けることを抑制できる。
【００１７】
電流検出回路は、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れているときにハイレベル信号を出力し、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れていないときにローレベル信号を出力する構成であってもよい。
【００１８】
その場合、強制オフ回路は、電流検出回路からのハイレベル信号の出力に応じてオンになり、スイッチング素子をオフにする電圧をスイッチング素子に入力するトランジスタを備えていてもよい。これにより、強制オフ回路を簡素に構成することができ、自動電圧調整器のコストの増大を抑制することができる。
【００１９】
また、リレーオン回路は、電流検出回路からのハイレベル信号の出力に応じてオンになり、リレーをオンさせる電流を信号出力回路に通電させるトランジスタを備えていてもよい。これにより、リレーオン回路を簡素に構成することができ、自動電圧調整器のコストの増大を抑制することができる。
【００２０】
自動電圧調整器は、交流発電機の出力電圧を整流して検出電圧を生成する電圧検出部と、電圧検出部による検出電圧と予め設定される設定電圧との差に応じてオン／オフする制御信号を出力する制御部とをさらに含み、スイッチング素子は、制御信号のオン／オフに応じてオン／オフされてもよい。
【００２１】
この構成により、交流発電機の出力電圧を設定電圧に調整することができる。
【００２２】
自動電圧調整器は、交流発電機の出力電圧を整流して電源電圧を生成する電源部をさらに含み、電圧検出部および電源部は、第１ダイオードブリッジおよび第２ダイオードブリッジを共通に備え、第１ダイオードブリッジの一方の入力端子および第２ダイオードブリッジの一方の入力端子には、交流発電機のＵ相出力電圧、Ｖ相出力電圧またはＷ相出力電圧のいずれか１つが共通に入力され、第１ダイオードブリッジの他方の入力端子および第２ダイオードブリッジの他方の入力端子には、交流発電機のＵ相出力電圧、Ｖ相出力電圧およびＷ相出力電圧のうちの残りの２つが入力され、電圧検出部は、検出電圧の生成に、第１ダイオードブリッジの２個の出力端子間の電圧を利用し、電源部は、電源電圧の生成に、第２ダイオードブリッジの２個の出力端子間の電圧を利用する構成であってもよい。
【００２３】
この構成によれば、第１ダイオードブリッジおよび第２ダイオードブリッジが電圧検出部および電源部に共通に用いられている。これにより、電圧検出部および電源部のそれぞれに２個（合計４個）のダイオードブリッジが必要とされる構成と比較して、回路構成を小型化することができ、ひいては自動電圧調整器の小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れると、交流発電機の発電が停止される。これにより、界磁回路部に所定電流値以上の電流が流れることを抑制でき、ひいては、界磁回路部が所定電流値を大きく超える過電流による損壊を受けることを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る自動電圧調整器の電気的構成を示すブロック図である。
【図２】電圧検出部、電源部、制御部および周波数検出部の構成を示す回路図である。
【図３】界磁回路部の構成を示す回路図である。
【図４】信号出力回路の構成を示す回路図である。
【図５】従来の界磁回路部の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２７】
＜自動電圧調整器＞
図１は、本発明の一実施形態に係る自動電圧調整器１の電気的構成を示すブロック図である。
【００２８】
自動電圧調整器１は、たとえば、エンジンにより駆動される交流発電機２に用いられ、交流発電機２の出力電圧を予め設定された設定電圧に自動的に調整するものである。自動電圧調整器１は、交流発電機２の出力電圧を整流して、出力電圧に応じた直流電圧を検出する電圧検出部１１と、交流発電機２の出力電圧を整流して、電源電圧を生成する電源部１２と、電源部１２により生成される電源電圧を受けて動作し、電圧検出部１１による検出電圧と設定電圧との差に応じた制御信号を出力する制御部１３と、交流発電機２の出力電圧の周波数を検出する周波数検出部１４と、制御部１３から出力される制御信号に応じた電流を交流発電機２の界磁巻線（励磁コイル）２Ｃに供給する界磁回路部１５とを備えている。
【００２９】
＜電圧検出部・電源部＞
図２は、電圧検出部１１、電源部１２、制御部１３および周波数検出部１４の構成を示す回路図である。
【００３０】
電圧検出部１１および電源部１２は、ダイオードブリッジ２１，２２を共通に備えている。
【００３１】
ダイオードブリッジ２１は、２個の入力端子２３，２４と、２個の出力端子２５，２６とを有している。ダイオードブリッジ２２は、２個の入力端子２７，２８と、２個の出力端子２９，３０とを有している。
【００３２】
ダイオードブリッジ２１の一方の入力端子２３およびダイオードブリッジ２２の一方の入力端子２７には、配線３１が接続されており、交流発電機２のＷ相出力電圧が配線３１を介して入力される。また、ダイオードブリッジ２１の他方の入力端子２４には、配線３２が接続されており、交流発電機２のＵ相出力電圧が配線３２を介して入力される。ダイオードブリッジ２１の他方の入力端子２８には、配線３３が接続されており、交流発電機２のＶ相出力電圧が配線３３を介して入力される。
【００３３】
ダイオードブリッジ２１の一方の出力端子２５およびのダイオードブリッジ２２の一方の出力端子２９には、低圧側配線３４が接続されている。低圧側配線３４は、グランドに接続されている。また、ダイオードブリッジ２１の他方の出力端子２６には、高圧側配線３５が接続されている。ダイオードブリッジ２２の他方の出力端子３０には、高圧側配線３６が接続されている。高圧側配線３５，３６の間には、配線３７が架設されており、高圧側配線３５における配線３７の接続点３８と高圧側配線３６における配線３７の接続点３９とは、同電位になる。
【００３４】
交流発電機２の発電時には、ダイオードブリッジ２１，２２により、交流発電機２が出力する各相電圧が全波整流される。この全波整流により、低圧側配線３４と高圧側配線３５，３６との各間に直流電圧が発生する。
【００３５】
＜電圧検出部＞
電圧検出部１１は、コンデンサ（静電容量）４１，４２および抵抗４３，４４，４５，４６を備えている。
【００３６】
コンデンサ４１の一端は、低圧側配線３４に接続されている。コンデンサ４１の他端は、高圧側配線３５に接続されている。高圧側配線３５とコンデンサ４１との接続点４７は、高圧側配線３５と配線３７との接続点３８に対してダイオードブリッジ２１側と反対側に位置している。
【００３７】
コンデンサ４２の一端は、低圧側配線３４に接続されている。コンデンサ４２の他端は、高圧側配線３５に接続されている。高圧側配線３５とコンデンサ４２との接続点４８は、高圧側配線３５におけるコンデンサ４１との接続点４７に対してダイオードブリッジ２１側に位置している。
【００３８】
抵抗４３は、高圧側配線３５の途中部であって、接続点３８，４７間に設けられている。
【００３９】
抵抗４４は、高圧側配線３５の途中部であって、接続点４７，４８間に設けられている。
【００４０】
抵抗４５，４６は、それぞれの一端が接続点４９で接続されている。抵抗４５，４６の直列回路は、低圧側配線３４と高圧側配線３５との間に、コンデンサ４２と並列に接続されている。
【００４１】
交流発電機２の発電時には、コンデンサ４１の両端間（低圧側配線３４と高圧側配線３５におけるコンデンサ４１の接続点４７との間）に、低圧側配線３４と高圧側配線３５における配線３７の接続点３８との間の電圧から抵抗４３による降圧分を差し引いた電圧が発生する。また、コンデンサ４２の両端間（低圧側配線３４と高圧側配線３５におけるコンデンサ４２の接続点４８との間）には、低圧側配線３４とコンデンサ４１の接続点４７との間に発生する電圧から抵抗４４による降圧分を差し引いた電圧が発生する。そして、コンデンサ４１の両端間の電圧が抵抗４５，４６によって分圧され、抵抗４５，４６の接続点４９の電位が検出電圧として、電圧検出部１１から出力される。
【００４２】
＜電源部＞
電源部１２は、ダイオード５１、抵抗５２、コンデンサ５３およびツェナーダイオード（定電圧ダイオード）５４を備えている。
【００４３】
ダイオード５１は、アノードを高圧側配線３６における配線３７の接続点３９側に向けて、高圧側配線３６の途中部に介装されている。
【００４４】
抵抗５２は、高圧側配線３６の途中部であって、ダイオード５１のカソード側に設けられている。
【００４５】
コンデンサ５３の一端は、高圧側配線３６における抵抗５２に対してダイオード５１と反対側の部分に接続されている。コンデンサ５３の他端は、グランドに接続されている。
【００４６】
ツェナーダイオード５４のカソードは、高圧側配線３６におけるコンデンサ５３の接続点５５に対して抵抗５２と反対側の部分に接続されている。ツェナーダイオード５４のアノードは、グランドに接続されている。
【００４７】
交流発電機２の発電時には、コンデンサ５３の両端間に、低圧側配線３４と高圧側配線３６における配線３７の接続点３９との間の電圧から抵抗５２による降圧分を差し引いた電圧が発生する。コンデンサ５３の両端間の電圧がツェナーダイオード５４のツェナー電圧まで上昇すると、ツェナーダイオード５４が作動し、コンデンサ５３の両端間の電圧の上昇が抑えられる。これにより、電源部１２では、定電圧（ツェナー電圧に等しい電圧）が生成される。
【００４８】
＜制御部＞
制御部１３は、電源部１２により生成される定電圧を電源電圧として動作する。制御部１３には、電圧検出部１１から検出電圧が入力される。制御部１３には、自動電圧調整器１の出力電圧の目標値を設定する電圧設定回路、電圧検出部１１からの検出電圧と電圧設定回路で予め設定された目標値（設定電圧）との差を増幅して出力する増幅回路および増幅回路の出力に応じたＰＷＭ（Pulse Width Modulation）パルス信号を制御信号として発生させるパルス発生回路などが含まれる。
【００４９】
＜界磁回路部＞
図３は、界磁回路部１５の構成を示す回路図である。
【００５０】
界磁回路部１５は、ダイオードブリッジ６１，６２を備えている。
【００５１】
ダイオードブリッジ６１は、２個の入力端子６３，６４と、２個の出力端子６５，６６とを有している。ダイオードブリッジ６２は、２個の入力端子６７，６８と、２個の出力端子６９，７０とを有している。
【００５２】
ダイオードブリッジ６１の一方の入力端子６３およびダイオードブリッジ６２の一方の入力端子６７には、配線７１が接続されており、交流発電機２のＶ相出力電圧が配線７１を介して入力される。また、ダイオードブリッジ６１の他方の入力端子６４には、配線７２が接続されており、交流発電機２のＵ相出力電圧が配線７２を介して入力される。ダイオードブリッジ６１の他方の入力端子６８には、配線７３が接続されており、交流発電機２のＷ相出力電圧が配線７３を介して入力される。配線７２，７３の途中部には、それぞれヒューズ７４，７５が設けられている。
【００５３】
ダイオードブリッジ６１の出力端子６５，６６には、それぞれ低圧側配線７６および高圧側配線７７が接続されている。また、ダイオードブリッジ６２の出力端子６９，７０には、それぞれ低圧側配線７８および高圧側配線７９が接続されている。低圧側配線７６，７８は、グランドに接続されている。高圧側配線７９は、高圧側配線７７の途中部の接続点８０に接続されている。これにより、接続点８０において、高圧側配線７７，７９は、同電位になる。
【００５４】
低圧側配線７６と高圧側配線７７との間には、コンデンサ８１が介在されている。具体的には、コンデンサ８１の一端は、低圧側配線７６に接続されている。コンデンサ８１の他端は、高圧側配線７７における高圧側配線７９の接続点８０よりもダイオードブリッジ６１側に位置する接続点８２に接続されている。また、低圧側配線７８と高圧側配線７９との間には、コンデンサ８３が介在されている。さらに、高圧側配線７７と低圧側配線７８との間に、コンデンサ８４が介在されていてもよい。
【００５５】
交流発電機２の発電時には、ダイオードブリッジ６１，６２により、交流発電機２が出力する各相電圧が全波整流され、その全波整流後の電圧がコンデンサ８１，８３（およびコンデンサ８４）で平滑化されることにより、グランドと高圧側配線７７との間に直流電圧が発生する。
【００５６】
高圧側配線７７には、高圧側給電線９１が接続されている。高圧側給電線９１は、交流発電機２の界磁巻線２Ｃの一端と接続されている。界磁巻線２Ｃの他端には、低圧側給電線９２が接続されている。低圧側給電線９２の途中部には、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３および抵抗９４が界磁巻線２Ｃ側からこの順に介装されている。励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３は、たとえば、エンハンスメント型のｎＭＯＳＦＥＴであり、そのドレインが界磁巻線２Ｃの他端に接続され、ソースが抵抗９４の一端に接続されている。抵抗９４の他端は、グランドに接続されている。これにより、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオンになると、グランドと高圧側配線７７との間の直流電圧による励磁電流が交流発電機２の界磁巻線２Ｃに流れる。
【００５７】
また、高圧側給電線９１と低圧側給電線９２との間には、還流ダイオード９５が設けられている。具体的には、高圧側給電線９１には、還流ダイオード９５のカソードが接続され、低圧側給電線９２には、界磁巻線２Ｃと励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３との間において、還流ダイオード９５のアノードが接続されている。還流ダイオード９５が設けられていることにより、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のオンからオフへの切替時にサージ電流が励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３に流れることを抑制することができる。
【００５８】
また、界磁回路部１５は、ゲート電源回路１０１およびゲート駆動回路１０２を備えている。
【００５９】
ゲート電源回路１０１は、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のゲートに入力されるゲート電圧を生成する。
【００６０】
具体的には、ゲート電源回路１０１は、降圧用抵抗１０３、ツェナーダイオード（定電圧ダイオード）１０４およびコンデンサ１０５を備えている。
【００６１】
高圧側配線７７には、電源配線１０６の一端が接続されている。降圧用抵抗１０３は、電源配線１０６の途中部に設けられている。ツェナーダイオード１０４のカソードは、電源配線１０６における降圧用抵抗１０３に対して高圧側配線７７と反対側に位置する接続点１０７に接続されている。ツェナーダイオード１０４のアノードは、グランドに接続されている。コンデンサ１０５の一端は、高圧側配線７７におけるツェナーダイオード１０４の接続点１０７に対して降圧用抵抗１０３と反対側に位置する接続点１０８に接続されている。コンデンサ１０５の他端は、グランドに接続されている。
【００６２】
交流発電機２の発電時には、コンデンサ１０５の両端間に、グランドと高圧側配線７７との間の直流電圧から降圧用抵抗１０３による降圧分を差し引いた電圧が発生する。コンデンサ１０５の両端間の電圧がツェナーダイオード１０４のツェナー電圧まで上昇すると、ツェナーダイオード１０４が作動し、コンデンサ１０５の両端間の電圧の上昇が抑えられる。これにより、ゲート電源回路１０１では、コンデンサ１０５の両端間に一定のゲート電圧が生成される。
【００６３】
ゲート駆動回路１０２は、ｐｎｐ型トランジスタ１１１、ｎｐｎ型トランジスタ１１２およびフォトカプラ１１３を備えている。
【００６４】
ｐｎｐ型トランジスタ１１１のエミッタは、電源配線１０６におけるコンデンサ１０５の接続点１０８に対してツェナーダイオード１０４の接続点１０７と反対側に位置する接続点１１４に接続されている。ｐｎｐ型トランジスタ１１１のコレクタは、ｎｐｎ型トランジスタ１１２のコレクタに接続されている。ｎｐｎ型トランジスタ１１２のエミッタは、グランドに接続されている。ｐｎｐ型トランジスタ１１１のコレクタとｎｐｎ型トランジスタ１１２のコレクタとの接続点１１５は、ゲート信号線１１６を介して、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のゲートに接続されている。ゲート信号線１１６の途中部には、発振防止用の抵抗１１７が介装されている。ｐｎｐ型トランジスタ１１１およびｎｐｎ型トランジスタ１１２の各ベースには、フォトカプラ１１３に内蔵されたフォトトランジスタ１１８のコレクタが接続されている。フォトトランジスタ１１８のエミッタは、グランドに接続されている。
【００６５】
制御部１３からローレベルの制御信号が出力されている期間は、フォトカプラ１１３に内蔵されたフォトダイオード１１９が発光し、フォトトランジスタ１１８がオンになる（導通する）。フォトトランジスタ１１８のオンにより、ｎｐｎ型トランジスタ１１２のベース電位が低電位となり、ｐｎｐ型トランジスタ１１１がオンになる。また、フォトトランジスタ１１８のオンにより、ｎｐｎ型トランジスタ１１２のベース電位が低電位となり、ｎｐｎ型トランジスタ１１２がオフになる。これにより、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のゲートにゲート電圧が供給され、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオンになる。
【００６６】
一方、制御部１３からハイレベルの制御信号が出力されている期間は、フォトカプラ１１３に内蔵されたフォトダイオード１１９が発光せず、フォトトランジスタ１１８がオフになる。フォトトランジスタ１１８のオフにより、ｎｐｎ型トランジスタ１１２のベース電位が高電位となり、ｐｎｐ型トランジスタ１１１がオフになる。また、フォトトランジスタ１１８のオンにより、ｎｐｎ型トランジスタ１１２のベース電位が高電位となり、ｎｐｎ型トランジスタ１１２がオンになる。これにより、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のゲートにゲート電圧が供給されず、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオフになる。
【００６７】
よって、制御部１３から出力される制御信号のローレベルとハイレベルとの切り替わりに応じて励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオン／オフされ、交流発電機２の界磁巻線２Ｃへの励磁電流の供給（導通）／遮断が繰り返される。その結果、制御信号のデューティに応じた励磁電流が界磁巻線２Ｃに供給され、交流発電機２の出力電圧が予め設定された設定電圧に制御される。
【００６８】
界磁回路部１５は、サージ保護回路１２１をさらに備えている。
【００６９】
サージ保護回路１２１には、オペアンプ１２２が設けられている。オペアンプ１２２は、非反転増幅器であり、その非反転入力端子（＋）には、入力線１２３の一端が接続されている。入力線１２３の他端は、低圧側給電線９２における励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３と抵抗９４との間の接続点１２４に接続されている。オペアンプ１２２では、非反転入力端子に入力される電圧（接続点１２４の電位）が抵抗１２５，１２６の抵抗値の比に応じた増幅率（たとえば、３０倍）で増幅され、その増幅後の電圧が出力端子から出力される。
【００７０】
オペアンプ１２２から出力される電圧は、コンパレータ１２７の非反転入力端子（＋）に入力される。コンパレータの反転入力端子（−）には、予め設定された基準電圧が入力される。基準電圧は、直列に接続された抵抗１２８，１２９の抵抗値を調節することにより変更可能である。オペアンプ１２２から出力される電圧が基準電圧よりも高い場合、コンパレータ１２７の出力端子からハイレベル信号が出力され、オペアンプ１２２から出力される電圧が基準電圧よりも低い場合、コンパレータ１２７の出力端子からローレベル信号が出力される。
【００７１】
サージ保護回路１２１にはさらに、２個のトランジスタ１３０，１３１が設けられている。トランジスタ１３０，１３１は、いずれもｎｐｎ型トランジスタであり、それぞれのベースには、コンパレータ１２７の出力信号が入力される。トランジスタ１３０，１３１の各エミッタは、グランドに接続されている。トランジスタ１３０のコレクタは、ゲート信号線１１６におけるｐｎｐ型トランジスタ１１１のコレクタおよびｎｐｎ型トランジスタ１１２のコレクタと抵抗１１７との間の接続点１３２に接続されている。トランジスタ１３１のコレクタは、信号出力回路１３３に接続されている。信号出力回路１３３は、図４に示されるように、リレー１３４を内蔵した回路であり、リレー１３４のオンにより外部に信号を出力する。
【００７２】
低圧側給電線９２に流れる電流が所定電流値よりも小さく、オペアンプ１２２による増幅後の電圧が予め設定された基準電圧よりも低い状態では、コンパレータ１２７からローレベル信号が出力される。このとき、トランジスタ１３０，１３１がいずれもオフになる。トランジスタ１３０のオフにより、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のゲートには、ゲート駆動回路１０２のｐｎｐ型トランジスタ１１１およびｎｐｎ型トランジスタ１１２のオン／オフに応じて（制御信号のローレベル／ハイレベルに応じて）、ゲート電圧が供給されて、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオン／オフする。また、トランジスタ１３１のオフにより、信号出力回路１３３のリレー１３４がオフになり、信号出力回路１３３から外部に信号が出力されない。
【００７３】
低圧側給電線９２に所定電流値以上の過電流が流れて、オペアンプ１２２による増幅後の電圧が予め設定された基準電圧よりも高くなると、コンパレータ１２７からハイレベル信号が出力される。これにより、トランジスタ１３０，１３１がいずれもオンになる。トランジスタ１３０のオンにより、トランジスタ１３０にコレクタ電流が流れ、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のゲートの電位が低電位（約０Ｖ）になり、ゲート駆動回路１０２のｐｎｐ型トランジスタ１１１およびｎｐｎ型トランジスタ１１２のオン／オフにかかわらず、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオフになる。その結果、交流発電機２の界磁巻線２Ｃに励磁電流が供給されず、交流発電機２が発電を停止した状態で運転される。また、トランジスタ１３１のオンにより、信号出力回路１３３のリレー１３４がオンになり、信号出力回路１３３から外部に信号が出力される。たとえば、信号出力回路１３３から出力される信号を受けた外部装置（図示せず）により、警報音の出力および／または警報ランプの点灯などがなされることにより、自動電圧調整器１および交流発電機２を含む発電装置の異常を報知することができる。
【００７４】
外部装置が信号出力回路１３３から出力される信号を受けた場合には、外部装置からの指令により自動電圧調整器１の動作が停止されてもよい。この場合、手動またはタイマにより所定時間が計測されることにより、自動電圧調整器１が再始動されてもよい。
【００７５】
＜作用効果＞
以上のように、ダイオードブリッジ６１，６２を含む整流回路により、交流発電機２の出力電圧が整流されて、界磁巻線２Ｃに励磁電流を供給するための直流電圧が生成される。界磁巻線２Ｃに供給される励磁電流は、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３のオン／オフ（チョッパ制御）により調節される。この励磁電流の調節により、交流発電機２の出力電圧が調整される。
【００７６】
低圧側給電線９２に所定電流値以上の過電流が流れて、オペアンプ１２２による増幅後の電圧が予め設定された基準電圧よりも高くなると、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３が強制的にオフにされる。そして、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３に所定電流値以上の電流が流れている間、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３がオフに維持される。これにより、交流発電機２の界磁巻線２Ｃに励磁電流が供給されず、交流発電機２の発電が停止する。その結果、励磁用ＭＯＳＦＥＴ９３を通して界磁回路部１５に所定電流値以上の電流が流れることを抑制できる。そのため、界磁回路部１５が所定電流値を大きく超える過電流による損壊を受けることを抑制できる。
【００７７】
また、低圧側給電線９２に所定電流値以上の過電流が流れて、オペアンプ１２２による増幅後の電圧が予め設定された基準電圧よりも高くなると、信号出力回路１３３のリレー１３４がオンになり、信号出力回路１３３から外部に信号が出力される。信号出力回路１３３から信号が出力されている間、信号出力回路１３３から出力される信号を受けた外部装置が自動電圧調整器１の動作を停止させることにより、交流発電機２の発電を停止させることができる。その結果、界磁回路部１５に所定電流値以上の電流が流れることを抑制できる。そのため、界磁回路部１５が所定電流値を大きく超える過電流による損壊を受けることを抑制できる。
【００７８】
さらに、電圧検出部１１および電源部１２には、ダイオードブリッジ２１，２２が共通に用いられている。これにより、電圧検出部１１および電源部１２のそれぞれに２個（合計４個）のダイオードブリッジが必要とされる構成と比較して、回路構成を小型化することができ、ひいては自動電圧調整器１の小型化を図ることができる。
【００７９】
＜変形例＞
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００８０】
たとえば、自動電圧調整器１の各部のコンデンサには、必要に応じて、追加のコンデンサが並列または直列に接続されてもよい。また、自動電圧調整器１の各部の抵抗には、必要に応じて、追加の抵抗が直列または並列に接続されてもよい。
【００８１】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００８２】
１      自動電圧調整器
２      交流発電機
２Ｃ    界磁巻線
１１    電圧検出部
１２    電源部
１３    制御部
１５    界磁回路部
２１    ダイオードブリッジ（第１ダイオードブリッジ）
２２    ダイオードブリッジ（第２ダイオードブリッジ）
２３    入力端子
２４    入力端子
２５    出力端子
２６    出力端子
２７    入力端子
２８    入力端子
２９    出力端子
３０    出力端子
６１    ダイオードブリッジ（整流回路）
６２    ダイオードブリッジ（整流回路）
７６    低圧側配線（整流回路）
７７    高圧側配線（整流回路）
７８    低圧側配線（整流回路）
７９    高圧側配線（整流回路）
８１    コンデンサ（整流回路）
８３    コンデンサ（整流回路）
８４    コンデンサ（整流回路）
９３    励磁用ＭＯＳＦＥＴ（スイッチング素子）
１２１  サージ保護回路（電流検出回路、強制オフ回路、リレーオン回路）
１２２  オペアンプ（電流検出回路）
１２７  コンパレータ（電流検出回路）
１３０  トランジスタ（強制オフ回路）
１３１  トランジスタ（リレーオン回路）
１３３  信号出力回路
１３４  リレー
【図１】
2017135914.tif 000003
【図２】
2017135914.tif 000004
【図３】
2017135914.tif 000005
【図４】
2017135914.tif 000006
【図５】
2017135914.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成29年2月2日(2017.2.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流発電機の出力電圧を調整する自動電圧調整器であって、
前記交流発電機の界磁巻線に励磁電流を供給する界磁回路部を含み、
前記界磁回路部は、
前記交流発電機の出力電圧を整流して直流電圧を生成する整流回路と、
前記整流回路が生成する直流電圧により前記界磁巻線に供給される励磁電流を調節するためにオン／オフされるスイッチング素子と、
前記スイッチング素子に所定電流値以上の電流が流れていることを検出する電流検出回路と、
前記電流検出回路により前記所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、前記スイッチング素子をオフに維持する強制オフ回路と、
リレーのオン／オフにより信号の出力／停止が切り替わる信号出力回路と、
前記電流検出回路により前記所定電流値以上の電流が流れていることが検出されている間、前記リレーをオンに維持するリレーオン回路とを備え、
前記電流検出回路は、検出信号を出力するコンパレータを含み、
前記強制オフ回路および前記リレーオン回路には、前記コンパレータから出力される検出信号が並列に入力される、自動電圧調整器。
【請求項２】
前記電流検出回路は、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れているときにハイレベル信号を出力し、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れていないときにローレベル信号を出力し、
前記強制オフ回路は、前記電流検出回路からのハイレベル信号の出力に応じてオンになり、前記スイッチング素子をオフにする電圧を前記スイッチング素子に入力するトランジスタを備える、請求項１に記載の自動電圧調整器。
【請求項３】
前記電流検出回路は、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れているときにハイレベル信号を出力し、前記スイッチング素子に前記所定電流値以上の電流が流れていないときにローレベル信号を出力し、
前記リレーオン回路は、前記電流検出回路からのハイレベル信号の出力に応じてオンになり、前記リレーをオンさせる電流を前記信号出力回路に通電させるトランジスタを備える、請求項１または２に記載の自動電圧調整器。
【請求項４】
前記交流発電機の出力電圧を整流して検出電圧を生成する電圧検出部と、
前記電圧検出部による検出電圧と予め設定される設定電圧との差に応じてオン／オフする制御信号を出力する制御部とをさらに含み、
前記スイッチング素子は、前記制御信号のオン／オフに応じてオン／オフされる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の自動電圧調整器。
【請求項５】
前記交流発電機の出力電圧を整流して電源電圧を生成する電源部をさらに含み、
前記電圧検出部および前記電源部は、第１ダイオードブリッジおよび第２ダイオードブリッジを共通に備え、
前記第１ダイオードブリッジの一方の入力端子および前記第２ダイオードブリッジの一方の入力端子には、前記交流発電機のＵ相出力電圧、Ｖ相出力電圧またはＷ相出力電圧のいずれか１つが共通に入力され、前記第１ダイオードブリッジの他方の入力端子および第２ダイオードブリッジの他方の入力端子には、前記交流発電機のＵ相出力電圧、Ｖ相出力電圧およびＷ相出力電圧のうちの残りの２つが入力され、
前記電圧検出部は、前記検出電圧の生成に、前記第１ダイオードブリッジの２個の出力端子間の電圧を利用し、
前記電源部は、前記電源電圧の生成に、前記第２ダイオードブリッジの２個の出力端子間の電圧を利用する、請求項４に記載の自動電圧調整器。