(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
励磁巻線と、固定子巻線に有効磁束が鎖交し前記励磁巻線が発生する界磁束を増強せしめるように永久磁石を配置した回転子と、前記固定子巻線を配置した固定子と、前記固定子巻線の発電電流を整流する整流器とを備え、エンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機と、前記励磁巻線に通電する励磁電流を断続し前記発電機の出力電圧を制御する励磁電流制御装置とを備える車両用発電制御装置において、
前記固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出することで前記発電機の稼働状態を判別し、前記発電機が稼働状態である時、前記励磁電流制御装置に前記励磁電流の給電を許可し、前記発電機が停止状態である時、前記励磁電流制御装置に前記励磁電流の給電を禁止する発電状態判定手段と、前記固定子巻線の交流出力電圧に応答して前記発電状態判定手段に給電する電源回路とを備え、少なくとも前記永久磁石による界磁束により発生する前記固定子巻線の交流出力電圧にて、前記電源回路と前記発電状態判定手段が作動することを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項２】
前記電源回路は前記発電状態判定手段に給電する出力端にコンデンサを備える事を特徴とする請求項１記載の車両用発電制御装置。
【請求項３】
前記電源回路は前記固定子巻線の交流出力電圧を１つの整流素子により整流し、前記発電状態判定手段に給電することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両用発電制御装置。
【請求項４】
前記整流素子は、ダイオードまたはＮＰＮトランジスタであることを特徴とする請求項３記載の車両用発電制御装置。
【請求項５】
前記永久磁石は、ランデル型構造である前記回転子の対向するＳＮ極の爪磁極間に固定され、前記永久磁石による有効磁束が、前記爪磁極を介し前記固定子巻線に鎖交するよう構成されることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の車両用発電制御装置。
【請求項６】
車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、
前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を整流して前記回転数検出回路の作動用電源として供給する電源回路を備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項７】
車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、
車載バッテリから前記回転数検出回路への電源供給ラインに設けられ、前記車載バッテリから前記回転数検出回路への通電を制御信号に応じて断続する半導体スイッチ素子と、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を前記半導体スイッチ素子の前記制御信号として与える駆動回路とを含み、交流出力電圧に応答して前記半導体スイッチ素子を導通させて車載バッテリから前記回転数検出回路へ作動用電源を供給する電源回路とを備えることを特徴とする車両用発電制御装置。
【請求項８】
前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線への給電が遮断された状態でも前記固定子巻線に有効磁束を供給する磁石部材を備え、前記電源回路は前記磁石部材のみにより生じる交流出力電圧に応答して前記回転数検出回路へ作動用電源を供給するよう構成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の車両用発電機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用交流発電機の励磁電流制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の他励型発電機はバッテリから励磁巻線へ励磁電流を供給するので、固定子巻線に発生した発電電圧により励磁巻線へ励磁電流を給電する自励型発電機に比較し、発電機の立ち上がり特性が格段に素早くなる。しかしながら、他励型発電機ではバッテリ充電に必要な回転数に達する以前においてもバッテリから励磁電流を持ち出す無駄があった。
【０００３】
特開平６−２７６７９６号公報は、軟磁性の回転子コアの残留磁束により発生する固定子巻線端子の発電電圧の立ち上がりを検出し、その後励磁巻線に励磁電流を通電することを提案している。また、特開平８−２０５４９７号公報は、軟磁性の回転子コアの残留磁束の代わりに回転子コアに併設した永久磁石の磁束を利用することを提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報が提案する他励型発電機の励磁電流制御装置では、軟磁性の回転子コアの残留磁束もしくは回転子コアに併設した永久磁石の磁束により発生する固定子巻線端子の発電電圧の立ち上がりを検出する検出回路の電源はバッテリをその電源としており、発電機が停止中も常時動作するものである。即ちバッテリの暗電流が増加し、車両の停車状態が長時間継続するとバッテリが放電し、車両エンジンの稼働開始を妨げる事となった。
【０００５】
また、上記公報が提案する他励型発電機の励磁電流制御装置では、固定子巻線端子の電圧を検出して励磁巻線に励磁電流を通電するので、整流器のバッテリ端子と固定子巻線端子間に、一時的に塩水等の被水がある場合、バッテリより固定子巻線端子にリーク電流が流れ込み、この結果固定子巻線端子に電圧が発生し、発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したと誤検出することで励磁電流を通電し、バッテリから電流を持ち出し、バッテリを放電させる心配があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みなされたものであり、バッテリから励磁巻線へ励磁電流を供給して励磁する発電機において、発電機が適切な回転数に達すると確実に励磁を開始し、発電機が停止時においては確実にその暗電流を抑止し、塩水等の被水によるリーク電流に対しても誤作動による励磁電流の通電を防止できる車両用発電制御装置を提供することを、その目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成は、励磁巻線と、固定子巻線に有効磁束が鎖交し励磁巻線が発生する界磁束を増強せしめるように永久磁石を配置した回転子と、固定子巻線を配置した固定子と、固定子巻線の発電電流を整流する整流器とを備え、エンジンにより駆動されてバッテリを充電する交流発電機と、励磁巻線に通電する励磁電流を断続し前記発電機の出力電圧を制御する励磁電流制御装置とを備える車両用発電制御装置において、固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出することで発電機の稼働状態を判別し、発電機が稼働状態である時、励磁電流制御装置に励磁電流の給電を許可し、発電機が停止状態である時、励磁電流制御装置に励磁電流の給電を禁止する発電状態判定手段と、固定子巻線の交流出力電圧に応答して発電状態判定手段に給電する電源回路とを備え、少なくとも永久磁石による界磁束により発生する固定子巻線の交流出力電圧にて、電源回路と発電状態判定手段が作動することを特徴とする車両用発電制御装置である。
【０００８】
即ち本構成によれば、回転子の残留磁束に比較して格段の磁束を発生する永久磁石の磁束により生じる発電電圧を整流して、発電状態判定手段に給電するのでバッテリから給電する必要が無く車両が停車状態においても確実にバッテリからの暗電流の持ち出しが抑止できる。
更に、発電状態判定手段は固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出し、所定周波数以上の時、即ち発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したと検出した時に励磁電流の通電を許可するので、整流器のバッテリ端子と固定子巻線端子間に塩水等の被水によるリーク電流が生じても誤検出することがなく、車両停車時にバッテリから励磁電流を持ち出し、バッテリを放電させることがない。従って、車両停車時にバッテリ放電することなく信頼性の高い車両用の充電システムを実現できる。
【０００９】
本発明の第２の構成は、上記第１の構成において更に、電源回路は発電状態判定手段に給電する出力端にコンデンサを備えることを特徴としている。本構成によれば、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧より整流した電圧をコンデンサにて平滑し、平滑された電源電圧を発電状態判定手段に給電するので、その結果、発電状態判定手段の動作が安定する。従って、確実に発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したことを検出するので安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。
【００１０】
本発明の第３の構成は、上記第１又は第２の構成において更に、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧を１つの整流素子により整流し、発電状態判定手段に給電することを特徴としている。本構成によれば、整流素子による電圧降下は最小限のものとなり、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧が低い状態においても、発電状態判定手段に十分高い電圧を給電することができる。従って、確実に発電機がバッテリ充電に必要な回転数に達するに先だって、発電状態判定手段が動作するに必要な電圧を電源回路は給電できるので、安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。
【００１１】
本発明の第４の構成は、上記第３の構成において更に、整流素子は、ダイオードまたはＮＰＮトランジスタであることを特徴としている。本構成によれば、整流素子は発電状態判定手段を構成する回路素子と同様のプロセスにて構成でき車両用発電制御装置をより簡易に、小型に実現できる。
本発明の第５の構成は、上記第１から第４の構成において更に、永久磁石は、ランデル型構造である回転子の対向するＳＮ極の爪磁極間に挟持され固定され、永久磁石による有効磁束が、爪磁極を介し固定子巻線に鎖交することを特徴としている。本構成によれば、永久磁石による磁束が爪磁極を介し固定子巻線に有効に鎖交するので、永久磁石による界磁束により発生する固定子巻線の交流出力電圧を十分に高くすることができ、安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。  本発明の第６の構成は、車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を整流して前記回転数検出回路の作動用電源として供給する電源回路を備えることを特徴とする車両用発電制御装置である。
【００１２】
この構成によると、固定子巻線の交流出力電圧を整流して回転数検出回路の作動用電源を供給する。このため、エンジンが始動され車両用交流発電機が回転を開始する前に回転数検出回路で消費される電流をなくすことができ、かかる待機状態が長期間継続した場合でも車載バッテリの消耗を抑えることができる。
本発明の第７の構成は、車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制御装置において、車載バッテリから前記回転数検出回路への電源供給ラインに設けられ、前記車載バッテリから前記回転数検出回路への通電を制御信号に応じて断続する半導体スイッチ素子と、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を前記半導体スイッチ素子の前記制御信号として与える駆動回路とを含み、交流出力電圧に応答して前記半導体スイッチ素子を導通させて車載バッテリから前記回転数検出回路へ作動用電源を供給する電源回路とを備えることを特徴とする車両用発電制御装置である。
【００１３】
この構成によると、固定子巻線の交流出力電圧が制御信号として半導体スイッチ素子に与えられ、回転数検出回路の作動用電源を車載バッテリから供給する。このため、エンジンが始動され車両用交流発電機が回転を開始する前に回転数検出回路で消費される電流をなくすことができ、かかる待機状態が長期間継続した場合でも車載バッテリの消耗を抑えることができる。
【００１４】
本発明の第８の構成は、上記６又は７の構成において、前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線への給電が遮断された状態でも前記固定子巻線に有効磁束を供給する磁石部材を備え、前記電源回路は前記磁石部材のみにより生じる交流出力電圧に応答して前記回転数検出回路へ作動用電源を供給するよう構成される。
この構成によると、励磁巻線の給電が遮断された状態でも磁石部材により供給される有効磁束により確実に交流出力電圧を得ることができ、周波数を検出して機能する回転数検出回路が動作すべき回転数に達するまでに回転数検出回路に電源を供給開始することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の好適な実施態様を実施例に基づいて説明する。
本発明の車両用交流発電機の励磁電流制御装置の一実施例を図１及び図２を参照して説明する。
本実施例の車両用発電制御装置は、図示されないエンジンにより回転駆動される交流発電機１と、発電機１の励磁電流を調整して発電機１から車載バッテリ２を含む車載電気負荷へ給電する発電電流を制御するレギュレータ（発電制御回路）３とを含んでいる。さらに、このレギュレータ３は、電源回路４と、発電状態判定手段５とを備えており、残る回路（符号３１〜３９、Ｄ、Ｄｆ）は励磁電流制御装置を構成している。
【００１６】
発電機１はランデル型の回転子コア１３と、回転子コア１３に巻装された励磁巻線１５と、回転子コア１３に装着された永久磁石１４とからなる回転子１０を有する。さらにスター結線された三相固定子巻線１１が巻装された固定子コア（図示せず）からなる固定子と、固定子巻線１１から出力される三相交流電圧を三相全波整流する三相全波整流器１２とを有する。固定子巻線１１の各相出力端に発生する三相交流電圧は三相全波整流器１２で整流された後、バッテリ２に給電される。
【００１７】
レギュレータ３について以下に説明する。
励磁巻線１５の一端はバッテリ２の高位端から給電され、その他端は励磁電流を断続するトランジスタ３１のコレクタに接続され、トランジスタ３１のエミッタは接地されている。Ｄｆは励磁巻線１５と並列接続されるフライホイルダイオードである。
【００１８】
励磁電流を断続するトランジスタ３１のベースは抵抗３３を通じてＰＮＰトランジスタ３６のコレクタに接続され、また、トランジスタ３２のコレクタに直結されている。トランジスタ３２のエミッタは接地され、そのベースはツェナーダイオードＤのアノード及び抵抗３５に接続され、抵抗３５の他端は接地されている。ツェナーダイオードＤのカソードは抵抗３４を通じてバッテリ２の高位端に接続されている。
【００１９】
ＰＮＰトランジスタ３６は励磁電流を断続するトランジスタ３１を駆動するベース電流を供給するトランジスタであり、そのベースは抵抗３７を通じトランジスタ３８のコレクタに接続され、このトランジスタ３８のエミッタは接地されている。
トランジスタ３８のベースは発電状態判定手段５の出力端５ａが接続され、トランジスタ３８は発電状態判定手段５の出力信号に基づき制御される。尚コンデンサ３９はトランジスタ３８のコレクタ電位を安定させるものである。
【００２０】
回転数検出回路としての発電状態判定手段５の入力端５ｂは配線５０を介し、固定子巻線１１の１つの相出力端と接続され、固定子巻線１１の１つの相出力端電圧を整流する電源回路４の電源電圧によりその作動を行う。以下レギュレータの動作を説明する。
発電機１がエンジン（図示せず）により駆動され回転を始めると、まず回転子コア１３に装着された永久磁石１４の有効磁束が固定子巻線１１と鎖交し回転に伴う磁束の変化により、固定子巻線１１に三相交流電圧が発生する。この時、固定子巻線１１の１つの相出力端から出力される１相発電交流電圧Ｖａｃは発電状態判定手段５及び電源回路４に入力される。電源回路４に入力される１相発電交流電圧Ｖａｃは駆動回路としての抵抗４３を通り整流素子となる半導体スイッチ素子としてのトランジスタ４０のベース端に制御信号として入力される。これによりトランジスタ４０はオンし、１相発電交流電圧Ｖａｃはトランジスタ４０により整流され電源回路４の出力電源電圧を安定化させるコンデンサ４１を充電する。ここでツェナーダイオード４２は電源電圧を安定させるためのものである。
【００２１】
また、トランジスタ４０のコレクタは、図３の変形例のようにバッテリ２の高位端に接続しても良い。この場合、ツェナーダイオード４２と抵抗４３とにより駆動回路が構成され固定子巻線１１の１つの相出力端から出力される発電電力が小さくても発電状態判定手段５を作動させることが出来る。
次に、コンデンサ４１に充電される電源電圧が所定電圧に達すると発電状態判定手段５が作動を開始する（発電状態判定手段５の構成について図２を参照し後に説明する）。この発電状態判定手段５は固定子巻線１１の１つの相出力端から出力される１相発電交流電圧Ｖａｃの周波数を検出するものであり、１相発電交流電圧Ｖａｃの周波数が所定周波数（発電機１がバッテリ２へ充電するに必要な回転数）を越えることを検出するとトランジスタ３８をオンする。このトランジスタ３８がオンすると抵抗３７を通りＰＮＰトランジスタ３６のベース電流が流れるのでトランジスタ３６がオンする。このＰＮＰトランジスタ３６は励磁巻線１５を流れる励磁電流を断続するトランジスタ３１のベース電流の供給源であり、レギュレータ３はＰＮＰトランジスタ３６がオンしてのみ励磁電流を通電できる状態となる。
【００２２】
従って、確実に発電機１がバッテリ２へ充電するに必要な回転数に達した後に励磁電流を通電するので、バッテリ２の無用な放電がなく、永久磁石１４の有効磁束により発電し固定子巻線１１の１つの相出力端から出力される１相発電交流電圧Ｖａｃを発電状態判定手段５は電源とするので確実にバッテリ２の暗電流の増加を回避出来る。
【００２３】
次に、発電機１により充電されバッテリ２の電圧が高くなると抵抗３４、ツェナーダイオードＤと抵抗３５を通じて電流が流れトランジスタ３２がオンし励磁電流を断続するトランジスタ３１のベース電位を引き下げるのでトランジスタ３１はオフする。従って発電機は発電を停止し、バッテリ２の電圧を一定に保持する。
【００２４】
エンジン（図示しない）が停止し発電機１の回転が停止すると固定子巻線１１の１つの相出力端から電圧が出力されなくなり、発電状態判定手段５及び電源回路４はその作動を停止する。このためトランジスタ３８がオフし、ＰＮＰトランジスタ３６にベース電流が流れなくなりＰＮＰトランジスタ３６はオフするので、励磁電流を断続するトランジスタ３１はオフし励磁電流の通電は速やかに停止する。
【００２５】
次に、図２を参照し、発電状態判定手段５の構成について説明する。
固定子巻線１１の１つの相出力端から出力される１相発電交流電圧Ｖａｃは配線５０を介し抵抗５６を通じて比較器５１の＋入力端に入力される。また、比較器５１の−入力端には電源回路４より配線４４を通じて電源電圧を抵抗５４、５５にて分圧する分圧電圧が入力される。比較器５１の電源端はそれぞれ、接地、及び電源回路４に配線４４を通じて接続される。
【００２６】
１相発電交流電圧Ｖａｃが高くなり、電源回路４が電源電圧を比較器５１に供給すると比較器５１は作動し、１相発電交流電圧Ｖａｃが電源電圧の分圧電圧より高いとハイレベル電圧をコンデンサ５２を通じてトランジスタ３８のベースに入力する。トランジスタ３８のベースは抵抗５３にて接地されており、コンデンサ５２と抵抗５３とは微分回路を構成している。
【００２７】
従って比較器５１がハイレベル電圧を出力した直後トランジスタ３８はオンし、コンデンサ５２の充電とともにトランジスタ３８のベース電位は低下し、比較器５１がハイレベル電圧を出力した直後から、コンデンサ５２と抵抗５３とのＣＲ時定数により決まる所定時間後トランジスタ３８がオフする。ここで１相発電交流電圧Ｖａｃの周期がコンデンサ５２と抵抗５３とのＣＲ時定数に対応する周波数より高くなると、比較器５１はトランジスタ３８にハイレベル電圧を出力し続けるので、トランジスタ３８のオンが継続することになる。
【００２８】
従って、固定子巻線１１の１つの相出力端電位にリーク電流により電圧が発生し、比較器５１がハイレベル電圧を出力してもコンデンサ５２と抵抗５３とのＣＲ時定数により決まる所定時間後トランジスタ３８がオフするので、車両停止時においてバッテリ２より誤って励磁電流を持ち出すことがない。
図４は、この実施例の回転子の一部を示す斜視図である。回転子コア１３は、励磁コイル１５によってそれぞれがＮ極、Ｓ極に励磁される一対のクローポールを有している。これらクローポールにより、複数のＮ極爪磁極１３ａと、Ｓ極爪磁極１３ｂとが交互に形成されている。さらに、この実施例では、回転子コア１３に励磁コイル１５と同様に磁束を供給する補助的な界磁源としての磁石部材が装備されている。
【００２９】
この実施例では、固定子巻線１１と鎖交して発電に寄与する有効磁束が励磁コイル１５により供給されるとともに、この磁石部材からも励磁コイル１５と同様に、固定子巻線１１と鎖交して発電に寄与する有効磁束が供給されるように構成されている。従って、この磁石部材は励磁コイル１５の電流がないときにも有効磁束を供給しており、回転子が回転すれば固定子コイル１１に交流出力電圧を誘起可能である。
【００３０】
磁石部材は、爪磁極１３ａ、１３ｂの間に対応して設けられる複数の独立した永久磁石１４と、これら複数の永久磁石１４を互いに連結し組立体として扱うことを可能とするとともに、永久磁石１４と爪磁極１３ａ、１３ｂとの間に隙間を形成する非磁性体よりなる磁石保持部材１４ａとを備えている。そして、永久磁石１４は、磁石保持部材１４ａとともに爪磁極１３ａ、１３ｂの間に挟持されて保持、固定されている。よって、励磁コイル１５に代わって界磁を供給する磁石を容易にしかも確実に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車両用発電制御装置を示す回路図である。
【図２】図１の回路図の発電状態判定手段５の詳細を示す回路図である。
【図３】変形例を示す回路図である。
【図４】ランデル型回転子の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
１  交流発電機
２  バッテリ
１０  回転子
１１  固定子巻線
１４  永久磁石
１５  励磁巻線
３  レギュレータ（励磁電流制御装置を含む）
４  電源回路
４０  半導体スイッチ素子
５  発電状態判定手段（回転数検出回路）
【図１】
0003736011.tif 000002
【図２】
0003736011.tif 000003
【図３】
0003736011.tif 000004
【図４】
0003736011.tif 000005