(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両用交流発電機の出力を制御する電圧制御装置において、
前記車両用交流発電機の界磁巻線に接続されて、その励磁電流を制御する励磁電流制御手段と、
前記車両用交流発電機の出力電圧あるいは前記車両用交流発電機の出力端子に電力供給線を介して接続される車載バッテリの端子電圧の少なくとも一方を検出することにより、前記励磁電流制御手段を制御する出力電圧制御手段とを備え、
前記出力電圧制御手段は、
所定の調整電圧よりも大きく、前記車両用交流発電機に内蔵される整流器の耐圧よりも小さな所定電圧を超える高電圧パルスが、前記車両用交流発電機の出力端子に現れたときに、これを検出する高電圧パルス検出手段と、
前記電力供給線に接続された電気負荷を遮断したときに単発の前記高電圧パルスが発生する第１の状態と、前記電力供給線あるいはその周辺部の接続不良時に前記高電圧パルスが繰り返し頻繁に発生する第２の状態とを判別する判別手段と、
前記判別手段によって前記第２の状態が判別されたときに、前記励磁電流制御手段による前記界磁巻線に対する励磁電流の供給を抑制する出力制御手段と、を備え、
前記判別手段は、
前記高電圧パルス検出手段に入力されたパルス信号のパルス数をカウントするパルス数カウント手段と、
前記パルス数のパルス時間を測定するパルス時間計測手段と、
を備えることを特徴とする電圧制御装置。
【請求項２】
前記パルス数カウント手段は、前記パルス信号が入力されてから所定時間動作するタイマ手段を有し、前記タイマ手段が動作中に入力される前記パルス信号のパルス数に基づいて、前記第１の状態と前記第２の状態とを判別することを特徴とする請求項１記載の電圧制御装置。
【請求項３】
前記パルス時間計測手段は、前記パルス数カウント手段によって前記第２の状態が判別されたときに前記パルス信号の時間を累積し、この累積時間が所定値を超えるときに異常判定を行うことを特徴とする請求項１記載の電圧制御装置。
【請求項４】
前記判別手段は、前記高電圧パルスの状態をデータ化して記憶する記憶手段を有し、
前記記憶手段に記憶されたデータを所定時間経過後にリセットするリセット信号発生手段を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電圧制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両用交流発電機にはその発電電力を蓄積しておくためにバッテリが搭載されており、該バッテリから車載電気負荷に電力供給される。
この車載バッテリが何らかの原因により前記発電機より電気的に遮断されると発電機の端子電圧は制御不能となり発電機の出力能力と車載電気負荷の能力により決定される高電圧を発生してしまう。
【０００３】
通常車両用交流発電機には発電機の出力をコントロールする電圧調整装置が備えられている。この電圧調整装置は発電機の出力電圧に応じて発電機を構成する界磁巻線に通電する励磁電流を断続する事で電機子巻線に鎖交する磁束量を調整して出力電圧を所定値以上にはならないようにしている。具体的には、所定の電圧値、いわゆる調整電圧値と前記出力電圧とを比較し、出力電圧が前記調整電圧を超えたらパワートランジスタを開成して界磁電流の供給を停止することにより定電圧制御を実現している。
【０００４】
しかしながら、車両用交流発電機は車両のエンジンルーム内の所定の搭載スペース内に収容可能な大きさに限定して設計されるため極めて小型である。この小型の発電機で車載の電気装置に十分な電力を供給するために界磁巻線には極めて大きな励磁インダクタンスが要求される。この励磁インダクタンスには周知の通り励磁電流通電により相当量の磁気エネルギーが蓄積されている。従って、パワートランジスタを遮断しても、前記界磁巻線に蓄積された磁気エネルギーは直ちに消滅する事はなくＬ・（ｄｉf／ｄｔ）なる高電圧を発生させ極めて危険である（Ｌは界磁巻線のインダクタンス、ｉｆは励磁電流）。この現象を防ぐために界磁巻線に並列に環流ダイオードを接続することで前記高電圧を発生させることなく磁気エネルギーを前記界磁巻線中で熱エネルギーに変換して減衰させながら流れ続けている。
【０００５】
このような構成の励磁回路において先に記した如くバッテリの遮断が発生した場合にはその出力電圧は車載電気負荷能力に依存した高電圧状態になり、前記調整電圧を大きく超えるので前記パワートランジスタは直ちに遮断され、前記環流回路によって前記磁気エネルギーが消費される。この際の磁気エネルギーは界磁巻線の時定数に従って減衰してゆく。
【０００６】
近年の車両用交流発電機にはこのような負荷遮断時の瞬時な高電圧の発生を防止するために逆方向降伏特性を備えるいわゆるパワーツェナーダイオードで前記全波整流器を構成する事が広く知られており、このパワーツェナーダイオードの逆方向耐力は特に発電機の使用最高回転数における定格負荷遮断、つまり発電中にバッテリも車載電気負荷も全て電気的に遮断して瞬時に発電機の無負荷飽和電圧を発生させる状況においても耐えられる熱設計をしている。即ち前記パワーツェナーダイオードの逆方向降伏電流が最大となる状況で十分に耐えられる様な設計がなされている。
【０００７】
また、特開２０００−６０１９１号公報に開示されているように、パワートランジスタの駆動回路を工夫し、前記負荷遮断などが発生した場合には前記パワートランジスタを導通させて前記磁気エネルギーを消散させることでパワーツェナーダイオードを保護する技術が知られている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開２０００−６０１９１号公報の技術によれば、バッテリが遮断した際にはバッテリからの励磁電流の供給は停止できるものの、発電機の全波整流器の直流出力端から直接励磁電流を供給する構造の発電機においては、逆に界磁巻線に高電圧が印加され、励磁電流を増大させるので、発電機の出力電圧は正帰還状態に陥り、磁気エネルギーは増大してゆくことが発明者らの研究によりわかった。
【０００９】
更にバッテリが完全に遮断されない状態、例えば発電機の出力端子でのハーネスの電気的固定が不十分であったり、あるいは発電電力の給電ケーブルのどこかで接触不良が発生した場合などには不規則に且つ短い周期で比較的小さなサージが繰り返しパワーツェナーダイオードに印加される。この場合には比較的小さな発熱が繰り返し発生する事で蓄熱量が大きくなり、むしろ負荷遮断時等の様な比較的大きなサージ電圧が１回印加されるよりも熱的ダメージが大きいことがわかった。
【００１０】
図２２にツェナーダイオードに繰り返し逆方向降伏電流が発生した際の温度の上昇の様子を示す。通常電機子巻線には交流電圧が発生しており、従って異常発生時にはその電圧が前述した如く高電圧になり、いずれツェナーダイオードの逆方向降伏電圧Ｖｚを超えると逆降伏し逆方向に電流が流れる。その電流は矩形波状であり、周波数は回転子の回転数に依存する。このときツェナーダイオードで消費されるエネルギーの瞬時値はＶｚ・Ｉｚで与えられる（Ｉｚは１つの素子に流れる逆方向電流）。このエネルギーは熱に変換され、素子の容積に比例する熱容量に蓄えられるエネルギーと素子を構成する部材（電極、はんだ材、封止材など）を伝わる熱抵抗により外部へ放散されるエネルギーとに分けられ、素子に蓄積される熱エネルギーにより温度は初期値Ｔ０に比べ瞬時に上昇する。やがて異常が回復し高電圧が解消されると逆方向電流は遮断され素子の温度は下降してゆく。
【００１１】
このとき高電圧状態が長時間維持されると素子の温度はどんどん上昇してゆき、やがて熱的に破壊されてしまう恐れがある。
ダイオード素子の面積を拡大して熱容量を増大させることも考えられるが、小型発電機に許容されるスペース上の制約で実装困難である。あるいは外部への熱伝導率を小さくして熱放散を効果的に行うことも考えられるが、この場合通常発電時に外部からの被熱による異常昇温を招く恐れもあり、必ずしも有効な手段ではないことも明らかになった。
【００１２】
このような場合には特開２０００−６０１９１号公報で開示された技術では全く磁気エネルギーを消滅させることは不可能であり、対策には不十分であることが明らかになった。
更には、発電機を構成する全波整流器がいわゆるツェナーダイオードで構成されている場合には発電機のツェナーダイオードへのダメージだけで済むが、全波整流器がノーマルダイオードの場合には、高電圧が吸収されずに電力供給線上に現れるので、車載電気装置側の保護装置にダメージを与えることも考慮しなければならない。
【００１３】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、車両用交流発電機の出力端子に繰り返し発生する高電圧が、車両用交流発電機の整流器や車載電気装置に与える電気的、熱的ダメージを軽減することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の電圧制御装置は、車両用交流発電機の界磁巻線に接続されてその励磁電流を制御する励磁電流制御手段と、車両用交流発電機の出力電圧あるいは車両用交流発電機の出力端子に電力供給線を介して接続される車載バッテリの端子電圧の少なくとも一方を検出することにより励磁電流制御手段を制御する出力電圧制御手段とを備えている。さらに、この出力電圧制御手段は、所定の調整電圧よりも大きく、車両用交流発電機に内蔵される整流器の耐圧よりも小さな所定電圧を超える高電圧パルスが、車両用交流発電機の出力端子に現れたときに、これを検出する高電圧パルス検出手段と、電力供給線に接続された電気負荷を遮断したときに単発の高電圧パルスが発生する第１の状態と、電力供給線あるいはその周辺部の接続不良時に高電圧パルスが繰り返し頻繁に発生する第２の状態とを判別する判別手段と、判別手段によって第２の状態が判別されたときに、励磁電流制御手段による界磁巻線に対する励磁電流の供給を抑制する出力制御手段とを備えている。
【００２２】
これにより、比較的容量の大きな電気負荷を遮断した場合においては、車両用交流発電機の出力抑制を応答させることなく、不必要な出力電圧の低下を防止することができる。また、電力供給線の接続不良が発生した場合には、車両用交流発電機の出力を抑制し、整流器に印加される高電圧パルスの発生を抑え、整流器の温度上昇を効果的に抑制し、熱的な破壊を防止することができる。さらに、ヒュージブルリンク切れ等のように完全に出力端子が外れた状態において大きな高電圧パルスが１回発生する状態では、車両用交流発電機の出力抑制が応答しないため、出力電圧の低下を招くことがなく、電力供給線に直結している電気負荷に継続的に電力供給を行うことができる。
【００２３】
また、上述した高電圧パルス検出手段に入力されたパルス信号のパルス数をカウントするパルス数カウント手段と、パルス数のパルス時間を測定するパルス時間計測手段とをさらに備えることが望ましい。
これにより、車両用交流発電機の出力端子に現れる高電圧パルスの状態をパルス信号として取り込んで、その信号のパルス数およびパルス時間を判別し、発生している高電圧パルスの状態を正確かつ容易に判別することができる。
【００２４】
また、通常の負荷遮断で発生する高電圧パルスの状態と異常時に発生する高電圧パルスの状態とを判別することができるため、高電圧パルスの検出レベルの設定値を低くしても、通常の負荷遮断に対応する高電圧パルスには応答せず、不必要な出力電圧の低下を防止するとともに、整流器の低耐圧化が可能になり、電力供給線に現れるノイズをさらに吸収して放射ノイズを低減することが可能になる。さらに、車載電気装置の耐圧も低くすることができることから、充電系統全体のコストダウンを図ることができる。
【００２５】
また、上述したパルス数カウント手段は、パルス信号が入力されてから所定時間動作するタイマ手段を有し、このタイマ手段が動作中に入力されるパルス信号のパルス数に基づいて、第１の状態と第２の状態とを判別することが望ましい。
高電圧パルスの立ち上がりをトリガにタイマ手段を動作させ、所定時間タイマ手段が動作している間に入力されるパルス信号のパルス数をカウントすることにより、第１の状態と第２の状態とを確実に判別することができる。
【００２６】
また、上述したパルス時間計測手段は、パルス数カウント手段によって第２の状態が判別されたときにパルス信号の時間を累積し、この累積時間が所定値を超えるときに異常判定を行うことが望ましい。
電力供給線が完全に外れずに接続不良が起きている場合に頻繁に発生する高電圧パルスの時間を累積した累積時間が所定値（例えば、整流器の許容印加時間）を超えているか否かを調べることにより、不規則かつ短い周期で複雑に発生している高電圧パルスを的確にとらえ、早期に整流器の異常蓄熱状態を判別することができる。
【００２７】
また、上述した判別手段は高電圧パルスの状態をデータ化して記憶する記憶手段を有するとともに、この記憶手段に記憶されたデータを所定時間経過後にリセットするリセット信号発生手段を備えることが望ましい。これにより、車両用交流発電機の出力抑制制御が終了したときにリセット動作を行うことが可能になり、再び高電圧パルスが繰り返し発生するような場合には高電圧パルスの検出と出力抑制制御を繰り返して、接続不良箇所のダメージの進行を遅らせることができる。また、高電圧パルスの発生機会を少なくすることができるため、車載用電気装置への電磁気的なダメージを抑制することができる。
【００２８】
また、電気負荷をオン／オフするリレー等の応答性によってチャタリング現象が生じて高電圧パルスが発生しても、所定時間経過後のリセット動作によって出力抑制制御の誤動作を防止することができる。
【００３０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する。
〔参考実施形態〕
図１は、参考実施形態の車両用交流発電機の構成を示す図である。
【００３１】
図１に示す車両用交流発電機１は、電機子巻線３、全波整流器４、界磁巻線５、電圧制御装置６を備えている。電機子巻線３は、車両用交流発電機１を構成する対称３相巻線（多相巻線）が施されている。全波整流器４は、電機子巻線３の交流出力を直流出力に変換することにより、電力供給線８を通じて車載バッテリ２を充電する。界磁巻線５は、電機子巻線３に電圧を誘起させるための鎖交磁束を発生させるため、複数の界磁極を備えた回転子に巻装されており、励磁電流を流して磁界を形成する。電圧制御装置６は、車両用交流発電機１の直流出力電圧を所定の電圧Ｖｒｅｇに調整する。
【００３２】
また、電圧制御装置６は、パワートランジスタ６１、環流ダイオード６２、主電源回路６３、フィルタ装置６４、第１の比較器６５、第２の比較器６６、タイマ回路６７、インバータ素子６８、ＡＮＤゲート６９、パルス発生器７０、ＯＲゲート７１を備えている。第２の比較器６６は異常検出手段に、タイマ回路６７、ＡＮＤゲート６９が発電抑制手段にそれぞれ対応する。
【００３３】
パワートランジスタ６１は、界磁巻線５に直列に接続され、界磁巻線５に流れる励磁電流を断続制御するスイッチ手段である。還流ダイオード６２は、界磁巻線５に並列に接続され、パワートランジスタ６１が開成時に励磁電流を環流させる還流回路である。主電源回路６３は、車載のキースイッチ７の投入を検出して車載バッテリ２から電圧制御装置６の駆動電源Ｖｃｃを形成する。フィルタ装置６４は、全波整流器４の出力電圧に重畳する高調波ノイズを吸収する。第１の比較器６５は、フィルタ装置６４の出力電圧と所定値Ｖｒｅｇとを比較し、車両用交流発電機１の出力電圧が所定値Ｖｒｅｇよりも小さい場合に反転出力する。
【００３４】
第２の比較器６６は、フィルタ装置６４の出力と所定値Ｖｒｅｇ＋αとを比較し、車両用交流発電機１の出力電圧が所定値Ｖｒｅｇ＋αを超えた場合に反転出力する。タイマ回路６７は、第２の比較器６６の出力信号が入力され、第２の比較器６６の出力信号の立ち上がりエッジから所定時間のみ反転出力する。この所定時間は界磁巻線５の時定数よりも長く設定されている。インバータ素子６８は、タイマ回路６７の出力信号を反転させる。ＡＮＤゲート６９は、第１の比較器６５の出力とインバータ素子６８の出力の論理積を得る。パルス発生器７０は、極低デューティ比のクロックパルスを発生する。ＯＲゲート７１は、ＡＮＤゲート６９の出力とパルス発生器７０の出力の論理和を得る。このＯＲゲート７１の出力信号にてパワートランジスタ６１を断続制御する。
【００３５】
次に本実施形態の電圧制御装置６の動作について説明する。
全波整流器４の出力電圧がＶｒｅｇ＋αを超えない範囲、つまり電力供給線８に異常がない場合にはインバータ素子６８の出力はＨｉになり、従ってパワートランジスタ６１の駆動は通常の電圧制御動作になる。
【００３６】
電力供給線８に何らかの異常、例えば接続点での接触不良などが発生すると急峻な高電圧サージが頻繁に発生する。このとき、この高電圧サージがフィルタ装置６４でも吸収されないで第２の比較器６６に入力されると第２の比較器６６は反転しタイマ回路６７をスタートさせる。タイマ回路６７が動作中はＨｉ信号を出力するよう設定されているのでこの期間は前記ＡＮＤゲート６９の出力はＬｏに維持されるので、パワートランジスタ６１の駆動信号は極低デューティ比のパルス発生器７０の信号が有効となり、パワートランジスタ６１はこのパルス発生器７０の出力信号にて駆動され、励磁電流の供給を抑制する。この極低デューティ比は数％程度が望ましい。
【００３７】
界磁巻線５中を流れていた励磁電流は、環流ダイオード６２を通じて界磁巻線５の抵抗成分にて磁気エネルギーが熱エネルギーに変換され、励磁電流は急速に減衰してゆく。タイマ回路６７の設定期間は界磁巻線５の時定数よりも長く設定されているので、励磁電流の平均値は極めて小さくなり、主電源回路６３を駆動維持できる程度の発電量に抑制され、バッテリ２への充電はほぼ停止される。やがて、タイマ回路６７が動作停止するとインバータ素子６８はＨｉ信号を出力する。そして、車両用交流発電機１は発電抑制していたので出力電圧は低下しており第１の比較器６５は反転しパワートランジスタ６１を閉成させ発電再開する。このとき、再び出力電圧がＶｒｅｇ＋αを超えるようであれば前記のサイクルを繰り返して電力供給線８の異常部分のダメージの進行を遅くすることができる。更には高電圧の発生機会を少なくすることができるので車載電気装置への電磁気的ダメージを抑制することができる。
【００３８】
〔変形態様１〕
参考実施形態の第１の変形態様につき図２を用いて説明する。
本例では参考実施形態の電圧制御装置から極低デューティ比のパルス発生器７０とＯＲゲート７１を除いてＡＮＤゲート６９の出力信号でパワートランジスタ６１を駆動するものである。
【００３９】
本例に於いては電力供給線８に何らかの異常を検出した場合、つまりタイマ回路６７が作動している期間には完全にパワートランジスタ６１を開成させるので励磁電流の供給を停止する。界磁巻線５中を流れていた励磁電流は、環流ダイオード６２を通じて界磁巻線５の抵抗成分にて磁気エネルギーが熱エネルギーに変換され、励磁電流は急速に減衰してゆく。タイマ回路６７の設定期間は界磁巻線５の時定数よりも長く設定されているので、励磁電流が完全に消滅するまで発電を再開しない。やがてタイマ回路６７が動作停止するとインバータ素子６８はＨｉ信号を出力する。そして車両用交流発電機１は発電停止していたので出力電圧は低下しており第１の比較器６５は反転しパワートランジスタを閉成させ発電再開する。このとき再び出力電圧がＶｒｅｇ＋αを超えるようであれば前記のサイクルを繰り返して電力供給線８の異常部分のダメージの進行を遅くすることができる。更には高電圧の発生機会を少なくすることができるので車載電気装置へのダメージを抑制する事ができる。
【００４０】
〔変形態様２〕
図３に参考実施形態の第２の変形態様を示す。
本例は第１の変形例に対して全波整流器４１のダイオードを逆方向降伏特性を有するツェナーダイオードで構成し、高電圧サージを吸収するように設定してある。
【００４１】
電圧制御装置６は、電機子巻線の出力電圧の波高値を検出するフィルタ７２が備えられ、この波高値が調整電圧Ｖｒｅｇより大きく、ツェナーダイオードの逆方向降伏電圧Ｖｚよりも小さなしきい値Ｖ１と比較する。基本動作は第１の変形例と同じである。
【００４２】
電力供給線８に異常が発生した場合、ツェナーダイオードの逆方向降伏電圧を超えるような高電圧サージは全て発電機外に出ていかない。しかしツェナーダイオードで吸収されるサージが多いほどこのツェナーダイオードに蓄積される熱的ダメージが大きくなる。
【００４３】
本変形例によると電機子巻線３にＶｒｅｇを超えるような電圧が発生した場合に第２の比較器６６が反転し、パワートランジスタ６１を開成する。そして界磁巻線５に蓄積された磁気エネルギーが完全に消滅した後に発電再開するのでツェナーダイオードでの発熱は十分に外気に伝達されるので、ツェナーの逆降伏に起因する温度上昇は解消される。その様子を図７に示す。高電圧によるツェナーダイオードの逆方向降伏電流により一旦温度上昇するも、直ちに発電を停止させるため、逆方向電流は継続しない。そのため素子で発生した熱エネルギーは構成部材を通じて外部に放散されてゆく。やがてタイマ回路が作動停止すると再び逆方向電流が流れるが、直ちに発電停止して結果的に初期温度よりも低い温度に到達する。もちろん外気温より下がることはない。
【００４４】
このような制御を実施することでツェナーダイオードの熱的ダメージを小さく抑えることができる。
〔変形態様３〕
図４に第３の変形態様を示す。
【００４５】
本例は第１の変形態様に対して運転席内に設置された警報灯８９の駆動用トランジスタ７５を備え、タイマ回路６７の出力信号にて警報灯駆動用トランジスタ７５を制御する。
通常の異常警報検出手段７３は、周知の異常モードを検出して警報灯８９を点灯させる。ＯＲゲート７４は、タイマ回路６７の出力信号と通常の異常検出手段７３の出力信号の論理和を得る。
【００４６】
このような構成とすることで、電力供給線８に異常が発生したことを検出した際に、励磁電流の供給停止を実行するとともに、警報灯駆動用トランジスタ７５を閉成して警報灯８９を点灯させて運転者に異常発生を知らせることができる。高電圧発生に起因する発電停止の際には運転者に異常を知らせるので、早期に異常を発見でき、大事に至る前に異常処置できる。
【００４７】
又、発電停止期間が長くなるようであれば、バッテリ電圧が低下してゆきやがては通常警報モードの１つ、低電圧警報が作動し、やはり運転者に異常を知らせることができる。
〔変形態様４〕
図５に第４の変形態様を示す。
【００４８】
本例は第２の変形態様に対して電機子巻線３の出力電圧から２値化パルスを生成し、デジタルカウンタ７６にて電力供給線８の異常を検出する。
第２の比較器６６は、Ｖｒｅｇより大きくツェナーダイオードの逆方向降伏電圧Ｖｚよりも小さなしきい値Ｖ２と比較し２値化パルス信号を生成する。この２値化パルスが所定個以上発生したら反転しＨｉ信号を発生するように設定してある。したがって、２値化パルスが所定個以上発生している際にはタイマ回路６７をスタートさせ前例と同じく所定期間のみ発電停止する。このように制御することで、第２の変形態様と同じ作用効果を得ることができ、電力供給線８や車両用交流発電機１、更には車載電気装置に与えるダメージを軽減することができる。
【００４９】
〔変形態様５〕
図６に第５の変形態様を示す。
本例は電力供給線８に何らかの異常を検出した際に、第１の比較器６５の基準値、即ち調整電圧値を通常の値Ｖｒｅｇよりも小さい第２の調整電圧値Ｖｒｅｇ２に設定する。このように設定することで、異常検出したら発電量を容易に低減できる。第２調整電圧値は例えば電圧制御装置６を駆動可能な最小電圧を維持できるような値に設定する。このように設定することでタイマ回路が作動停止して再発電する際に確実に動作させるための必要最小限の電力は確保できるとともに、異常を知らせる警報機能を維持することもできる。
【００５０】
例えば第２調整電圧値は車載バッテリの公称電圧の２分の１程度に設定することが望ましい。本例ではタイマ回路作動時、即ち電力供給線８に異常を検出した際には励磁電流分のみの出力電流が全波整流器４１を流れるのみであるから整流ダイオードの温度上昇は極めて小さく抑制できる。
【００５１】
なお、ここに示した実施態様等では全て電力供給線８に異常発生を検出したら直ちに発電抑制、もしくは発電停止モードに移行するようなシーケンスになっているが、異常検出手段は整流器出力、もしくは電機子巻線出力の波高値が所定値を超える期間が一定時間以上継続した場合に発電抑制、もしくは停止モードに移行するようなシーケンスでもよい。
【００５２】
〔第１の実施形態〕
図８は、第１の実施形態の車両用交流発電機１Ａの構成を示す図である。
図８に示す車両用交流発電機１Ａは、電機子巻線３、全波整流器４２、界磁巻線５、電圧制御装置６Ａを備えている。全波整流器４２は、電機子巻線３の交流電圧を直流に整流し、負荷遮断時においては高電圧パルスの発生を制限するために逆方向降伏特性をもったパワーツェナーダイオードによって構成されている。全波整流器４２の出力は、バッテリ２および車両の各電気負荷２１に接続されている。
【００５３】
この車両用交流発電機１Ａの出力は、エンジンの回転速度と界磁巻線５の通電量によって変化する。そして、界磁巻線５に流れる励磁電流は、電圧制御装置６Ａによって制御される。
次に、電圧制御装置６Ａについて説明する。
【００５４】
バッテリ２に接続されたキースイッチ７を投入することによって、電圧制御装置６Ａの基準電圧Ｖｃｃおよび各回路の動作に必要なバイアス電圧の供給が開始される。
電圧制御装置６Ａは、出力電圧制御回路７７、励磁電流制御回路８６を含んで構成されている。出力電圧制御回路７７は、高周波ノイズフィルタ回路７８、抵抗７９、８０、８１、電圧比較器８２、高電圧パルス検出回路８３、ＡＮＤゲート８４、トランジスタ駆動回路８５を有している。
【００５５】
高周波ノイズフィルタ回路７８は、電機子巻線３の出力電圧に重畳するリップルやスイッチングノイズなどによって電圧制御動作が影響されることのないように、不要な高周波ノイズ成分を除去する。高周波ノイズフィルタ回路７８を通過した電圧信号は、電圧比較器８２および高電圧パルス検出回路８３に入力される。
【００５６】
電圧比較器８２は、高周波ノイズフィルタ回路７８の出力電圧がマイナス端子に、基準電圧Ｖｃｃを抵抗７９〜８１で分圧した基準電圧Ｖ１がプラス端子にそれぞれ印加されており、これら２つの端子電圧を比較する。マイナス端子に基準電圧よりも高い電圧が印加されると電圧比較器８２の出力はＬｏレベルになり、反対にマイナス端子に基準電圧よりも低い電圧が印加されると電圧比較器８２の出力はＨｉレベルになる。
【００５７】
高電圧パルス検出回路８３は、高周波ノイズフィルタ回路７８の出力電圧と、基準電圧Ｖｃｃを抵抗７９〜８１で分圧した基準電圧Ｖ２が印加されており、これら２種類の入力電圧に基づいて高電圧パルスを検出すると、所定の信号処理を行った後に、所定時間出力をＬｏレベルにする。また、高電圧パルスが検出されない場合には、高電圧パルス検出回路８３は、出力をＨｉレベルにする。
【００５８】
ＡＮＤゲート８４は、電圧比較器８２および高電圧パルス検出回路８３のそれぞれの出力信号が入力されており、こられの入力信号がともにＨｉレベルのときに出力がＨｉレベルになり、それ以外の場合に出力がＬｏレベルになる。ＡＮＤゲート８４の出力信号は、トランジスタ駆動回路８５に入力される。トランジスタ駆動回路８５は、入力信号の電圧レベルにしたがって、励磁電流制御回路８６内のパワートランジスタ６１のオン／オフを制御する。
【００５９】
励磁電流制御回路８６は、パワートランジスタ６１、還流ダイオード６２を有しており、界磁巻線５に流す励磁電流を制御する。パワートランジスタ６１は、出力電圧制御回路７７内のトランジスタ駆動回路８５の出力端子がゲートに接続されており、トランジスタ駆動回路８５の出力がＨｉレベルのときにオン状態となる。このとき、界磁巻線５に流れる電流が増加する。還流ダイオード６２は、界磁巻線５と並列に接続されており、界磁巻線５に対する通電をオフ制御したときに界磁電流を還流させるために設けられている。
【００６０】
図９は、高電圧パルス検出回路８３の詳細な構成を示す図である。図９に示すように、高電圧パルス検出回路８３は、高電圧パルス検出部１６０、判別部１７０、出力制御部１８０を有している。高電圧パルス検出部１６０は、電圧比較器１６１を含んで構成されている。判別部１７０は、タイマ回路１７１、ＡＮＤゲート１７２、１７４、パルス数カウント回路１７３、パルス時間計測回路１７５を含んで構成されている。出力制御部１８０は、タイマ回路１８１、出力制御回路１８２を含んで構成されている。上述した励磁電流制御回路８６が励磁電流制御手段に、出力電圧制御回路７７が出力電圧制御手段に、高電圧パルス検出部１６０が高電圧パルス検出手段に、判別部１７０が判別手段に、出力制御部１８０が出力制御手段にそれぞれ対応する。また、タイマ回路１７１、ＡＮＤゲート１７２、パルス数カウント回路１７３がパルス数カウント手段に、タイマ回路１７１がタイマ手段に、パルス時間計測回路１７５がパルス時間計測手段にそれぞれ対応する。
【００６１】
本実施形態の電圧制御装置６Ａは、このような構成を有しており、次にその動作を説明する。
高電圧パルスが発生していない場合には、高電圧パルス検出回路８３の出力はＨｉレベルになって、ＡＮＤゲート８４に入力される。高周波ノイズフィルタ回路７８を通過した電機子巻線３の出力電圧（車両用交流発電機１Ａの出力端子に現れる電圧）は、基準電圧Ｖ１がプラス端子に印加された電圧比較器８２のマイナス端子に印加される。この入力電圧が基準電圧Ｖ１よりも小さい場合には出力がＨｉレベルになり、反対に基準電圧Ｖ１よりも大きい場合には出力がＬｏレベルになって、ＡＮＤゲート８４に入力される。
【００６２】
ＡＮＤゲート８４からトランジスタ駆動回路８５へは、電圧比較器８２の出力のＨｉ／Ｌｏ状態がそのまま伝達され、トランジスタ駆動回路８５によってパワートランジスタ６１をオン／オフ制御することにより、車両用交流発電機１Ａの出力電圧が所定値（例えば１４．５Ｖ）となるように調整される。
【００６３】
次に、高電圧パルスが発生した場合の動作を説明する。
図１０は、高電圧パルスが１回だけ発生した場合に本実施形態の電圧制御回路６Ａの各部に入出力される信号波形を示すタイミング図である。
比較的大きな電気負荷の接続を遮断すると、高電圧パルスが電力供給線８に１回発生する。この高電圧パルスの波高値は調整電圧よりも高いので、電圧比較器８２の出力がＬｏレベルになって、速やかにパワートランジスタ６１はオフ状態になる。その後、パワーツェナーダイオードで構成された全波整流器４２の降伏電圧よりも高い電圧パルスが印加されると、パワーツェナーダイオードが降伏して高電圧パルスのエネルギーを吸収する。この高電圧パルスを検出するために、調整電圧よりも高く、降伏電圧よりも低い基準電圧Ｖ２が設定されている。
【００６４】
電力供給線８の電圧がこの基準電圧Ｖ２よりも高いときに、高電圧パルス検出部１６０内の電圧比較器１６１の出力はＨｉレベルになる。この出力信号の立ち上がりで、判別部１７０内のタイマ回路１７１が動作する。ＡＮＤゲート１７２は、タイマ回路１７１が動作している間、電圧比較器１６１の出力信号ををそのまま出力する。パルス数カウント回路１７３は、１回のパルス入力ではＬｏレベルの出力を維持し、２回以上のパルス入力が繰り返されたときにＨｉレベルの出力となるように構成されている。パルス数カウント回路１７３の詳細な構成については後述する。
【００６５】
したがって、電力供給線８に高電圧パルスが１回発生した場合には、パルス数カウント回路１７３の出力はＬｏレベルになり、ＡＮＤゲート１７４の出力もＬｏレベルになる。このとき、パルス時間計測回路１７５、タイマ回路１８１、出力制御回路１８２はともに動作せず、出力制御回路１８２の出力はＨｉレベルが維持される。その後、高電圧パルスの波高値が低下し、車両用交流発電機１Ａの出力電圧が所定値（１４．５Ｖ）で調整される。
【００６６】
次に、高電圧パルスが頻繁に発生する場合の動作を説明する。
図１１は、高電圧パルスが頻繁に発生した場合に本実施形態の電圧制御回路６Ａの各部に入出力される信号波形を示すタイミング図である。
電力供給線８の接触不良等が発生すると、電力供給線８上に高電圧パルスが頻繁に発生する。高電圧パルス検出回路８３に印加される電圧の大きさが基準電圧Ｖ２を越えている間、電圧比較器１６１の出力はＨｉレベルになる。この出力信号の立ち上がりでタイマ回路１７１が動作する。タイマ回路１７１は、電圧比較器１６１の出力が立ち上がるたびに動作し、頻繁に高電圧パルスが発生している間、出力がＨｉレベルになる。したがって、ＡＮＤゲート１７２の出力は、頻繁に高電圧パルスが発生してタイマ回路１７１の出力がＨｉレベルの間、電圧比較器１６１の出力信号を後段のパルス数カウント回路１７３に伝達する。
【００６７】
パルス数カウント回路１７３は、繰り返して高電圧パルスが印加されると、ＡＮＤゲート１７２の出力の２回目の立ち上がりで、出力をＨｉレベルにする。この出力のＨｉレベル状態は、リセットパルスが入力されるまで維持される。
ＡＮＤゲート１７４は、パルス数カウント回路１７３の出力がＨｉレベルになると、電圧比較器１６１の出力を次段のパルス時間計測回路１７５に伝達する。パルス時間計測回路１７５は、入力されるＡＮＤゲート１７４の出力信号のパルス時間を計測し、この計測結果を積分する。頻繁に発生する高電圧パルスの時間が累積され、所定の累積時間を越えると、パルス時間計測回路１７５の出力がＨｉレベルになる。
【００６８】
このＨｉレベルの信号が入力されると、出力制御部１８０内のタイマ回路１８１が動作し、出力制御回路１８２に入力される信号が所定時間（例えば１ｓｅｃ）Ｈｉレベルになる。出力制御回路１８２は、タイマ回路１８１が動作している間、Ｌｏレベルの信号をＡＮＤゲート８４に入力する。これにより、パワートランジスタ６１がオフ状態に制御され、発電を停止するような制御動作が行われる。
【００６９】
なお、上述した例では、出力制御回路１８２の出力がＬｏレベルのときに発電が停止されるように説明したが、出力制御回路１８２の出力が所定のデューティ比で交互にＬｏレベルとＨｉレベルの状態を繰り返すようにして、パワートランジスタ６１のオン／オフをデューティ制御するようにしてもよい。
【００７０】
また、電機子巻線３のいずれかの相の相電圧がバッテリ２の開放電圧よりも低い電圧となるように、パワートランジスタ６１のオン／オフ制御を行うようにして、発電量を抑制するようにしてもよい。
タイマ１８１の動作が終了すると、リセットパルスがパルス時間計測回路１７５およびパルス数カウント回路１７３に送られ、累積時間のデータおよびパルス数のカウント数がリセットされる。
【００７１】
図１２は、パルス数カウント回路１７３の詳細な構成を示す図である。図１２に示すように、パルス数カウント回路１７３は、ＪＫフリップフロップ１９０、１９１、ＲＳフリップフロップ１９２、インバータ素子１９３、１９４、１９５を含んで構成されている。
【００７２】
図１３は、パルス数カウント回路１７３の各部に入出力される信号波形を示すタイミング図である。
ＪＫフリップフロップ１９０、１９１およびＲＳフリップフロップ１９２のリセット端子ＲにＨｉレベルの信号が入力されてこれらがリセットされた状態では、ＪＫフリップフロップ１９０の出力Ｑ０とＪＫフリップフロップ１９１の出力Ｑ１がともにＬｏレベルになる。すると、インバータ素子１９３の出力はＨｉレベルになり、１段目のＪＫフリップフロップ１９０の入力端子ＪにＨｉレベルの信号が、入力端子ＫにＬｏレベルの信号がそれぞれ入力される。その後、リセット状態が解除されると、クロック端子ＣＫに入力されるパルス信号の立ち上がりに同期してＪＫフリップフロップ１９０の出力Ｑ０がＨｉレベルになる。
【００７３】
このとき、２段目のＪＫフリップフロップ１９１の出力Ｑ１は、Ｌｏレベルになっている。また、インバータ素子１９３の出力は、ＪＫフリップフロップ１９０の出力Ｑ０がＨｉレベルになったため、Ｌｏレベルに変化する。このため、１段目のＪＫフリップフロップ１９０の入力端子ＪにはＬｏレベルの信号が、入力端子ＫにはＨｉレベルの信号がそれぞれ入力される。
【００７４】
そして、次のパルス信号の立ち上がりに同期して、２段目のＪＫフリップフロップ１９１の出力Ｑ１はＨｉレベルになり、１段目のＪＫフリップフロップ１９０の出力Ｑ０はＬｏレベルになる。
ＲＳフリップフロップ１９２の入力端子ＳにＪＫフリップフロップ１９１のＨｉレベルの出力Ｑ１が入力されると、ＲＳフリップフロップ１９２の出力ＱがＨｉレベルになり、リセット端子Ｒにリセットパルスが入力されるまで、このＨｉレベル状態が保持される。
【００７５】
このようにして、パルス数カウント回路１７３において、最初に入力されたパルス信号を無効にし、２回目以降のパルス信号を有効なものとして出力をＨｉレベルに変化させる動作が行われる。
このように、本実施形態の電圧制御装置６Ａは、電力供給線８に接続された車両用交流発電機１Ａの出力端子に現れる高電圧パルスの状態を検出し、特に電力供給線８の接続不良等の異常ではない場合であって比較的容量の大きい電気負荷の使用をやめた場合に発生する単発の高電圧パルスの状態と、電力供給線８が完全に外れずに接触不良が続いた場合に不規則かつ短い周期で繰り返し発生する高電圧パルスの状態を判別しているので、比較的大きな電気負荷の接続を遮断した場合に車両用交流発電機１Ａの発電抑制制御を誤って応答させることがなく、不必要な出力電圧の低下を防止することができる。
【００７６】
また、電力供給線８の接続不良が発生した場合には、車両用交流発電機１Ａの出力を抑制し、全波整流器４２を構成するパワーツェナーダイオードに印加される高電圧パルスの発生を抑え、パワーツェナーダイオードの温度上昇を効果的に抑制し、熱的な破壊を防止することができる。
【００７７】
また、パワーツェナーダイオードの逆方向耐圧は、特に車両用交流発電機１Ａの使用最高回転数における定格負荷遮断、つまり発電中にバッテリ２も電気負荷２１も全て電気的に遮断して瞬時に車両用交流発電機１Ａの無負荷飽和電圧を発生させる状態においても十分耐えることができる熱設計を行うことができる。
【００７８】
また、万一、電力供給線８やこの電力供給線８に直列に挿入されたヒュージブルリンク２３が断線するような出力端子が完全に外れた状態（この状態を「完全Ｂ外れ」と称する）になった場合でも、速やかに、励磁電流制御用のパワートランジスタ６１をオフし、界磁巻線５等の励磁回路の保護を行うことができるとともに、発電機出力に発生する高電圧パルスはパワーツェナーダイオードに吸収させるため、車両用交流発電機１Ａ自体が破壊しないように保護することができる。
【００７９】
また、ヒュージブルリンク２３を介さずに電力供給線８に直結している電気負荷２２が存在する場合において、完全Ｂ外れ状態となって比較的大きな高電圧パルスが１回だけ発生しても、上述したように、車両用交流発電機１Ａの出力抑制制御は行われないため、出力電圧の低下を招くことがなく、電力供給線８に直結された電気負荷２２に電力供給することができる。
【００８０】
また、通常負荷遮断によって発生する高電圧パルスを異常時に発生する高電圧パルスと判別することにより、耐圧の低いパワーツェナーダイオードを用いて全波整流器４２を構成した場合にも応用することができ、高電圧検出レベルが低くなることによる通常負荷遮断での不必要な出力電圧の低下を防止するとともに、パワーツェナーダイオードの低耐圧化に対応することが可能になる。この低耐圧化は、電力供給線８に現れるノイズを吸収し、放射ノイズを低減することができ、車両用交流発電機１Ａの耐圧も低くすることができることから、車両用の充電系統のコストダウンを実現することができる。
【００８１】
また、電力供給線８が完全に外れる接続不良が生じている場合に、頻繁に発生する高電圧パルスの時間の累積時間とパワーツェナーダイオードの許容印加時間とを比較することで、不規則かつ短い周期で複雑に発生している高電圧パルスを的確に捉え、早期にパワーツェナーダイオードの温度上昇を効果的に抑制し、熱的破壊を防止することができる。
【００８２】
また、リップルやスイッチングノイズなどによって電圧制御動作が影響されることのないようにするために、高周波ノイズフィルタ回路７８を通過した電圧信号を、調整電圧の制御系とは別の制御系である高電圧パルス検出回路８３に入力しており、これにより高電圧パルスの累積時間によって高電圧パルスの許容時間を判別しているので、調整電圧の制御系の処理に対して遅れを生じることがなく、高電圧パルスが発生したときには、速やかにパワートランジスタ６１をオフすることができ、調整電圧の制御動作に悪影響を与えることもない。
【００８３】
さらに、高電圧パルスが繰り返し発生し、その累積時間がパワーツェナーダイオードの許容印加時間を越えると、車両用交流発電機１Ａの出力を抑制し、高電圧パルスの発生を抑えることができる。そして、車両用交流発電機１Ａの出力抑制制御が終了すると、リセットパルスが生成されて、高電圧パルスの累積時間のデータやパルス数カウント回路１７３のカウント数がリセットされるため、再び高電圧パルスが繰り返し発生するようになれば、高電圧パルスの検出と発電の抑制制御が繰り返され、電力供給線８の接続不良個所のダメージの進行を遅らせることができる。また、高電圧パルスの発生機会を少なくすることができるため、電気負荷２１、２２への電気的なダメージを抑制することができる。
【００８４】
〔第２の実施形態〕
次に、第２の実施形態の車両用交流発電機について説明する。
図１４は、本実施形態の車両用交流発電機の電圧制御装置に含まれる高電圧パルス検出回路の構成を示す図である。図１４に示す高電圧パルス検出回路８３Ａ以外の構成は、上述した第１の実施形態の車両用交流発電機１Ａに含まれる各回路と同じ構成を有しており、以下では、高電圧パルス検出回路８３Ａに着目して説明を行う。
【００８５】
図１４に示す高電圧パルス検出回路８３Ａは、高電圧パルス検出部１６０、判別部１７０Ａ、出力制御部１８０を含んで構成されている。この高電圧パルス検出回路８３Ａは、図９に示した第１の実施形態の高電圧パルス検出回路８３に対して、判別部１７０を判別部１７０Ａに置き換えた点が異なっている。
【００８６】
判別部１７０Ａは、判別部１７０を構成するタイマ回路１７１、ＡＮＤゲート１７２、１７４、パルス数カウント回路１７３、パルス時間計測回路１７５を備えるとともに、さらにタイマ回路１８３とＯＲゲート１８４を追加した構成を有している。追加されたタイマ回路１８３には、パルス数カウント回路１７３の出力信号が入力されており、ＯＲゲート１８４には、２つのタイマ回路１８１、１８３の各出力信号が入力されている。そして、ＯＲゲート１８３の出力信号がパルス時間計測回路１７５およびパルス数カウント回路１７３にリセットパルスとして入力される。上述したパルス数カウント回路１７３およびパルス時間計測回路１７５が記憶手段に、タイマ回路１８３およびＯＲゲート１８４がリセット信号発生手段にそれぞれ対応する。
【００８７】
図１５は、本実施形態の高電圧パルス検出回路８３Ａの各部に入出力される信号波形を示す図である。また、図１６は図９に示した高電圧パルス検出回路８３の各部に入出力される信号波形を比較のために示した図である。
誘導性の負荷（例えば電動ファンを回すためのモータ等）の接続をリレーあるいはスイッチ等で遮断すると、リレー等の応答性によってはチャタリング現象を起こし、１回のオフ操作にもかかわらず、高電圧パルスが複数回発生する可能性がある。
【００８８】
図９に示した高電圧パルス検出回路８３では、図１６に示すように、基準電圧Ｖ２よりも高い高電圧パルスが数回発生すると、これに対応して、電圧比較器１６１からはＨｉレベルの信号が数回出力される。この信号の立ち上がりに同期して、タイマ回路１７１が動作するため、ＡＮＤゲート１７２は、タイマ回路１７１が動作している間、電圧比較器１６１の出力信号を伝達する。そして、パルス数カウント回路１７３は、２回以上のパルスが入力されるとＨｉレベルの信号を出力し、ＡＮＤゲート１７４からはパルス時間だけＨｉレベルの信号が出力される。パルス時間計測回路１７５では、パルス時間が計測されて保持される。その後もパルス数カウント回路１７３の出力はＨｉレベルを維持しているため、負荷遮断により高電圧パルスが発生するたびに、その都度発生するパルス時間がパルス時間計測回路１７５において次々に累積される。そして、所定の累積時間を越えると、パルス時間計測回路１７５の出力がＨｉレベルになる。この信号によってタイマ回路１８１が動作して、これに伴って出力制御回路１８２が動作し、発電出力が抑制される。したがって、車両用交流発電機１の出力電圧が低下する。また、タイマ回路１８１の動作が終了すると、リセットパルスがパルス時間計測回路１７５とパルス数カウント回路１７３に入力され、累積時間のデータとパルスカウント数がともにリセットされる。
【００８９】
次に、このような不必要な発電抑制を回避するための動作を図１５を参照しながら説明する。
図１４に示した高電圧パルス検出回路８３Ａでは、パルス数カウント回路１７３の出力がＨｉレベルに立ち上がることによって、タイマ回路１８３が動作を開始する。このタイマ回路１８３は、所定時間経過した後にリセットパルスを生成し、タイマ回路１８１からリセットパルスが出力されるより早く、累積時間のデータとパルスカウント数がリセットされる。その後、負荷遮断によりときどき発生する単発の高電圧パルスは、累積されることがなく、出力制御回路１８２は動作しない。
【００９０】
このように、特に電力供給線８の接触不良がない場合でも、電気負荷２１をオン／オフ制御するリレー等の応答性によって、負荷遮断した際にチャタリング現象を起こして高電圧パルスが発生する場合には、パルス数カウント回路１７３の出力状態および累積時間のデータが所定時間経過した後にリセットされるので、発電制御の誤動作を防止することができる。
【００９１】
なお、このとき発生する高電圧パルスは、全波整流器４２を構成するパワーツェナーダイオードによって吸収される。上述したように、パワーツェナーダイオードの逆方向耐圧は、特に車両用交流発電機の使用最高回転数における定格負荷遮断によって瞬時にこの車両用交流発電機の無負荷飽和電圧を発生させる状態によっても耐えられる熱設計をしているので、充分な余裕をもって吸収可能である。
【００９２】
また、累積時間のデータをリセットするタイマ回路１８３は、独立して時間を設定できるので、電力供給線８の接続不良なのか、負荷遮断時のチャタリング現象なのかの判別を容易に行うことができる。
〔第３の実施形態〕
次に、第３の実施形態の車両用交流発電機について説明する。
【００９３】
図１７は、本実施形態の車両用交流発電機の電圧制御装置に含まれる高電圧パルス検出回路の構成を示す図である。図１７に示す高電圧パルス検出回路８３Ｂ以外の構成は、上述した第１の実施形態の車両用交流発電機１Ａに含まれる各回路と同じ構成を有しており、以下では、高電圧パルス検出回路８３Ｂに着目して説明を行う。
【００９４】
図１７に示す高電圧パルス検出回路８３Ｂは、高電圧パルス検出部１６０、判別部１７０Ｂ、出力制御部１８０を含んで構成されている。この高電圧パルス検出回路８３Ｂは、図１４に示した第２の実施形態の高電圧パルス検出回路８３Ａに対して、判別部１７０Ａを判別部１７０Ｂに置き換えた点が異なっている。
【００９５】
判別部１７０Ｂは、判別部１７０を構成するタイマ回路１７１、ＡＮＤゲート１７２、１７４、パルス数カウント回路１７３、パルス時間計測回路１７５を備えるとともに、さらにＯＲゲート１８４、インバータ素子１８５、ＡＮＤゲート１８６を含んで構成されている。具体的には、判別部１７０Ｂは、タイマ回路１７１によってリセットパルス信号を生成してＡＮＤゲート１８６の一方の入力端子に入力するとともに、パルス時間計測回路１７５の出力信号をインバータ素子１８５で反転した信号をＡＮＤゲート１８６の他方の入力端子に入力し、さらにＡＮＤゲート１８６の出力信号をＯＲゲート１８４に入力する点が主に異なっている。
【００９６】
図１８は、図１７に示した高電圧パルス検出回路８３Ｂの各部に入力される信号波形を示す図であり、高電圧パルスが数回発生する場合が示されている。
基準電圧Ｖ２よりも高い高電圧パルスが数回発生すると、それに対応して電圧比較器１６１の出力がＨｉレベルになる。この出力信号の立ち上がりでタイマ回路１７１が動作する。ＡＮＤゲート１７２は、タイマ回路１７１が動作している間、電圧比較器１６１の出力信号を次段のパルス数カウント回路１７３に伝達する。ここで、パルス数カウント回路１７３は、２回目以上のパルスが入力されるので、Ｈｉレベルの信号を出力する。したがって、ＡＮＤゲート１７４の出力は、パルス時間だけＨｉレベルになり、パルス時間計測回路１７５によってパルス時間が計測されて累積される。高電圧パルスの発生が停止すると、タイマ回路１７１の動作が終了し、タイマ回路１７１のリセットパルスが生成される（図１８（ｋ））。
【００９７】
パルス時間計測回路１７５の出力は、パルスの累積時間が所定値（例えば５０ｍｓ）に達していないので、Ｌｏレベルを維持している。この信号をインバータ素子１８５で反転して生成したＨｉレベルの信号がＡＮＤゲート１８６に入力される。このとき、ＡＮＤゲート１８６の出力は、タイマ回路１７１のリセットパルスをそのまま出力する。また、タイマ回路１８１は動作していないので、タイマ回路１８１から出力されるリセットパルスはＬｏレベルを維持している。したがって、ＯＲゲート１８４は、ＡＮＤゲート１８６の出力をそのまま次段の回路に伝達する。これにより、タイマ回路１７１から出力されたリセットパルスが、パルス時間計測回路１７５とパルス数カウント回路１７３に送られ、累積時間のデータとパルスカウント数がリセットされる。
【００９８】
図１９は、図１７に示した高電圧パルス検出回路８３Ｂの各部に入力される信号波形を示す図であり、高電圧パルスが連続して発生する場合が示されている。
高電圧パルスが印加されて、パルス時間計測回路１７５によってパルス時間が計測され、累積される（図１９（ｇ））。連続して高電圧パルスが印加されると、その間はタイマ回路１７１の動作が終了しないので、タイマ回路１７１によるリセットパルスの生成は行われない。その後、所定の累積時間（例えば５０ｍｓｅｃ）を越えると、パルス時間計測回路１７５の出力はＨｉレベルになって、タイマ回路１８１が動作する。出力制御回路１８２は、タイマ回路１８１が動作している間（例えば１ｓｅｃの間）発電を抑制する。
【００９９】
タイマ回路１８１が動作を終了すると、タイマ回路１８１からリセットパルスが出力される（図１９（ｎ））。タイマ回路１８１の動作に対応して発電が抑制されて高電圧パルスが印加されなくなると、タイマ回路１７１が動作を終了し、タイマ回路１７１からリセットパルスが出力される（図１９（ｋ））。このようにしてタイマ回路１７１からはリセットパルスが出力されるが、パルス時間計測回路１７５の出力信号をインバータ素子１８５で反転した信号をＡＮＤゲート１８６に入力しているため、ＡＮＤゲート１８６の出力はＬｏレベルが維持される。
【０１００】
したがって、ＯＲゲート１８４は、タイマ回路１８１から出力されるリセットパルスを伝達する。このため、タイマ回路１８１から出力されたリセットパルスが、パルス時間計測回路１７５とパルス数カウント回路１７３に入力され、累積時間のデータとパルスカウント数がリセットされる。
【０１０１】
このように、累積時間が５０ｍｓｅｃ以下の場合には、タイマ回路１７１でリセットパルスを生成し、累積時間が５０ｍｓｅｃ以上の場合には、タイマ回路１８１でリセットパルスを生成することにより、タイマ回路の数を削減することができ、回路の小型化が可能になる。
【０１０２】
なお、出力制御回路の出力信号は、Ｌｏレベルで発電が停止するようにしたが、Ｌｏ／Ｈｉレベルを繰り返すようにして、パワートランジスタ６１のオン／オフ状態をデューティ制御するようにしてもよい。
また、タイマ回路１８１および出力制御回路１８２として、徐々にデューティ比を増加させる徐励回路を用いるようにしてもよい。パルス時間計測回路１７５の出力が立ち上がったときにこの徐励回路によって設定されたデューティ比を所定値に低下させ、この所定値のデューティ比を徐々に増加させることにより、タイマ回路１８１を削除することができる。しかも、デューティ比を徐々に増加させることにより、高電圧パルスの発生を効果的に抑える。また、車両用交流発電機の発電トルクの増加を抑制することができるため、発電を再開したときのトルクショックを抑制することができる。また、タイマ回路１８１を削除することにより、タイマ回路１８１を構成するカウンタ、コンデンサ、抵抗、定電圧回路等を廃止することができ、電圧制御装置を構成するＩＣの小型化が可能になる。
【０１０３】
〔第４の実施形態〕
次に、第４の実施形態の車両用交流発電機について説明する。
図２０は、本実施形態の車両用交流発電機を用いた充電システムを示す図である。上述した各実施形態と異なり、本実施形態では、高電圧パルス検出信号の処理がソフトウエアを用いて行われる。
【０１０４】
車両用交流発電機１Ｂは、電機子巻線３、界磁巻線５、全波整流器４２、電圧制御装置６Ｂを備えている。この電圧制御装置６Ｂは、励磁電流制御回路８６Ａ、出力電圧制御回路７７Ａ、ＦＲ信号出力回路１３を備えている。
励磁電流制御回路８６Ａは、パワートランジスタ６１Ａ、還流ダイオード６２Ａを有しており、界磁巻線５に流す励磁電流を制御する。パワートランジスタ６１Ａは、出力電圧制御回路７７Ａの出力端子がベースに接続されており、この出力端子から入力される信号がＨｉレベルのときにオン状態となる。このとき、界磁巻線５に流れる電流が増加する。還流ダイオード６２Ａは、界磁巻線５と並列に接続されており、界磁巻線５に対する通電をオフ制御したときに界磁電流を還流させるために設けられている。
【０１０５】
出力電圧制御回路７７Ａは、Ｃ端子に入力される信号がＨｉレベルのときに第１の調整電圧（例えば１４．５Ｖ）を、Ｌｏレベルのときに第２の調整電圧（例えば１２．８Ｖ）を設定し、励磁電流制御回路８６Ａ内のパワートランジスタ６１Ａのオン／オフ制御を行う。
【０１０６】
ＦＲ信号出力回路１３は、励磁電流制御回路８６Ａ内のパワートランジスタ６１Ａおよび還流ダイオード６２Ａと界磁巻線５との接続点Ｆに現れる電圧波形に応じた信号をＦＲ端子から出力する。
上述した電圧制御回路６ＢのＣ端子およびＦＲ端子は、外部コントローラ９に接続されている。この外部コントローラ９は、入力回路９０、出力回路９１、ＣＰＵ９２、メモリ９３を備えており、メモリ９３に格納された所定のプログラムをＣＰＵ９２によって実行することにより、車両用交流発電機１Ｂに高電圧パルスが印加された際の所定の処理を行う。
【０１０７】
電圧制御装置６ＢのＦＲ端子から出力された信号は、外部コントローラ９内の入力回路９０に入力され、ＣＰＵ９２によって所定の処理がなされた後に、この処理結果としての信号が出力回路９１から電圧制御装置６ＢのＣ端子に入力される。
【０１０８】
ここで、負荷遮断または電力供給線８の接続不良などによって車両用交流発電機１Ｂの出力端子に高電圧パルスが印加されると、励磁電流制御回路８６Ａ内のパワートランジスタ６１Ａはオフ状態になり、Ｆ点には界磁巻線５を介して高電圧パルスが印加される。したがって、ＦＲ端子には、車両用交流発電機１Ｂの出力端子、界磁巻線５、ＦＲ出力回路１３を伝わって、高電圧パルスが出力される。
【０１０９】
次に、外部コントローラ９内部における高電圧パルスの処理手順について説明する。
図２１は、外部コントローラ９内のＣＰＵ９２の処理手順を示す流れ図である。まず、ＣＰＵ９２は、ＦＲ端子から出力される信号に基づいて車両用交流発電機１Ｂの出力端子電圧を検出し（ステップ１０１）、高電圧パルスの発生の有無を判定する（ステップ１０２）。高電圧パルスが発生していない場合には否定判断を行って、次にＣＰＵ９２は、Ｃ端子にＨｉレベルの信号を出力して、ノーマル発電制御（例えば調整電圧を１４．５Ｖに設定）を実行する（ステップ１１４）。高電圧パルスが発生していない状態においては、上述したステップ１０１、１０２、１１４の処理が繰り返される。
【０１１０】
負荷遮断または電力供給線８の接続不良などによって車両用交流発電機１Ｂの出力端子に高電圧パルスが印加されると、ステップ１０２の判定において肯定判断が行われる。次に、ＣＰＵ９２は、第１のタイマの作動時間Ｔを０に初期設定した後（ステップ１０３）、タイマ計測時間Ｔと所定時間Ｔ１とを比較する（ステップ１０４）。Ｔ＜Ｔ１の場合には、次にＣＰＵ９２は、パルス数ｎのカウントを行い（ステップ１０５）、パルス数ｎが２よりも小さい場合には（ステップ１０６）、上述したステップ１０４以降の処理を繰り返す。
【０１１１】
また、タイマ計測時間Ｔが所定時間Ｔ１を過ぎると、ステップ１０４からステップ１１４の処理に移行し、ノーマル発電制御が行われる。
また、タイマの動作時間Ｔが所定値Ｔ１以内であって、パルス数ｎが２回以上の場合には（ステップ１０６）、ＣＰＵ９２は、パルスの時間を計測し（ステップ１０７）、その累積時間Ｉを計算する（ステップ１０８）。次に、ＣＰＵ９２は、この累積時間Ｉと所定時間Ｉｒとを比較し（ステップ１０９）、累積時間Ｉの方が所定時間Ｉｒよりも小さい場合には、ステップ１０７以降の処理を繰り返す。
【０１１２】
一方、累積時間Ｉが所定時間Ｉｒ以上になると、次にＣＰＵ９２は、所定の異常警報を行うとともに（ステップ１１１）、Ｃ端子にＬｏレベルの信号を送り、発電抑制制御を行う（ステップ１１０）。この制御は、所定時間Ｔ２（例えば１ｓｅｃ）続けられる（ステップ１１２）。また、所定時間Ｔ２が経過すると、ＣＰＵ９２は、パルス数のカウント値ｎと累積時間Ｉをリセットするとともに（ステップ１１３）、ステップ１１４のノーマル発電制御状態に移行する。
【０１１３】
このように、車両用交流発電機１Ｂの出力端子に現れる高電圧パルスを検出し、特に電力供給線８の接続不良等の異常でない場合には、比較的容量の大きい電気負荷の使用をやめた場合に発生する単発の高電圧パルスの状態と、電力供給線８が完全に外れずに接触不良が続いた場合に不規則かつ短い周期で発生する繰り返しの高電圧パルスの状態とを判別することができるので、比較的容量の大きな電気負荷の接続を遮断した場合においては、車両用交流発電機１Ｂの出力抑制制御を応答させることがなく、不必要な出力電圧の低下を防止することができる。
【０１１４】
また、電力供給線８の接触不良が発生した場合には、車両用交流発電機１Ｂの出力を抑制し、全波整流器４２を構成するパワーツェナーダイオードに印加される高電圧パルスの発生を抑え、パワーツェナーダイオードの温度上昇を効果的に抑制して、熱的な破壊を防止することができる。
【０１１５】
また、繰り返し発生する高電圧パルスの状態を判別し、電力供給線８に異常が発生していることを異常警報によって運転者に知らせることができるため、早期に異常を発見することができ、未然に異常処理を行うことが可能になる。
また、本実施形態の構成においては、車両交流発電機１Ｂの電圧制御装置６Ｂのハードウエアは従来システムの構成をそのまま用いることも可能であり、外部コントローラ９のＣＰＵ９２で実行するソフトウエア（プログラム）の更新により対応することができるため、システム変更に伴うコスト上昇を最小限に抑えることが可能になる。
【０１１６】
なお、本実施形態では、車両用交流発電機１Ｂと外部コントローラ９とを分離させた形態について説明したが、これらは一体化させるようにしてもよい。
また、本実施形態では、外部コントローラ９は、出力回路９１からＣ端子に信号を送って車両用交流発電機１Ｂの出力電圧を切り替えるようにしたが、出力回路９１から電気負荷のスイッチ等の切り替え指示を送って負荷の使用状態を変更するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  参考実施形態の車両用交流発電機の構成を示す図である。
【図２】  参考実施形態の変形態様を示す図である。
【図３】  参考実施形態の変形態様を示す図である。
【図４】  参考実施形態の変形態様を示す図である。
【図５】  参考実施形態の変形態様を示す図である。
【図６】  参考実施形態の変形態様を示す図である。
【図７】  車両用交流発電機の全波整流器を構成するツェナーダイオードの温度上昇を示す図である。
【図８】  第１の実施形態の車両用交流発電機の構成を示す図である。
【図９】  高電圧パルス検出回路の詳細な構成を示す図である。
【図１０】  高電圧パルスが１回だけ発生した場合に本実施形態の電圧制御回路の各部に入出力される信号波形を示すタイミング図である。
【図１１】  高電圧パルスが頻繁に発生した場合に本実施形態の電圧制御回路の各部に入出力される信号波形を示すタイミング図である。
【図１２】  パルス数カウント回路の詳細な構成を示す図である。
【図１３】  パルス数カウント回路の各部に入出力される信号波形を示すタイミング図である。
【図１４】  第２の実施形態の車両用交流発電機の電圧制御装置に含まれる高電圧パルス検出回路の構成を示す図である。
【図１５】  高電圧パルス検出回路の各部に入出力される信号波形を示す図である。
【図１６】  図９に示した高電圧パルス検出回路の各部に入出力される信号波形を比較のために示した図である。
【図１７】  第３の実施形態の車両用交流発電機の電圧制御装置に含まれる高電圧パルス検出回路の構成を示す図である。
【図１８】  図１７に示した高電圧パルス検出回路の各部に入力される信号波形を示す図である。
【図１９】  図１７に示した高電圧パルス検出回路の各部に入力される信号波形を示す図である。
【図２０】  第４の実施形態の車両用交流発電機を用いた充電システムを示す図である。
【図２１】  外部コントローラ内のＣＰＵの処理手順を示す流れ図である。
【図２２】  従来のツェナーダイオードの温度上昇の様子を示す図である。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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