JP2003174798A - Ac generator for vehicle - Google Patents

Ac generator for vehicle

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JP2003174798A
JP2003174798A JP2001373238A JP2001373238A JP2003174798A JP 2003174798 A JP2003174798 A JP 2003174798A JP 2001373238 A JP2001373238 A JP 2001373238A JP 2001373238 A JP2001373238 A JP 2001373238A JP 2003174798 A JP2003174798 A JP 2003174798A
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an AC generator for a vehicle which can attenuate a field current in a short period of time even if it is a field circuit where the time constant is relatively long. <P>SOLUTION: The AC generator 1 for a vehicle comprises an armature winding 2, a rectifier 3, field windings 4 and 5, and a voltage controller 6. The field windings 4 and 5 are wound on field poles, and are arranged coaxially, and the field winding 5 has a time constant shorter than that of the field winding 4. If the slip off or the like of a power cable occurs and the supply of a field current is stopped, the field current in the field winding 5 of a shorter time constant attenuates quickly and becomes zero in a short period of time. Then, both of a reflux diode 6 connected in parallel with the field winding 4 and the field winding 5 work as reflux circuits. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、乗用車やトラック
等に搭載される車両用交流発電機に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a vehicle AC generator mounted on a passenger car, a truck or the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、車両用交流発電機の出力端子に
接続されている電力ケーブルが外れたり、接触不良にな
ると、サージ電圧が発生して、車載機器や発電機内部の
半導体部品にダメージを与えるおそれがある。
2. Description of the Related Art Generally, when a power cable connected to an output terminal of an alternator for a vehicle is disconnected or a contact failure occurs, a surge voltage is generated and damages in-vehicle devices or semiconductor parts inside the generator. May be given.

【0003】このサージ電圧の発生メカニズムは、電力
ケーブルが外れたり瞬間的に遮断状態になることで電流
の供給先が断たれ、発電機の出力端子にいわゆる無負荷
飽和電圧が現れることに起因する。この無負荷飽和電圧
の発生は、発電機の界磁極を励磁する界磁電流が流れ続
ける限り継続する。
The mechanism of generation of this surge voltage is due to the fact that the power supply is disconnected or the circuit is momentarily cut off to cut off the supply destination of the current and a so-called no-load saturation voltage appears at the output terminal of the generator. . The generation of the no-load saturation voltage continues as long as the field current for exciting the field pole of the generator continues to flow.

【0004】車両用交流発電機は、車両走行用の内燃機
関により駆動されるため、使用回転数範囲が極めて広
く、その範囲内において車載機器やバッテリに対して安
定的に出力電圧を供給する必要があり、車両のアイドリ
ング回転数以下において定格電圧を発生する設計がなさ
れている。例えば、車両のアイドリング回転数が600
rpm、増速比が2.5に設定されている車両では、こ
のアイドリング回転時での車両用交流発電機の回転数が
1500rpmになるが、車両用交流発電機は、この回
転数において定格電圧14Vで数十Aの出力電流を得る
ことができるように設計されている。このために、車両
用交流発電機の発電開始回転数、すなわち定格電圧確立
回転数は約1000rpmに設計されている。
Since the vehicle alternator is driven by an internal combustion engine for running the vehicle, it has a very wide range of rotational speeds to be used, and it is necessary to stably supply an output voltage to in-vehicle devices and batteries within the range. Therefore, it is designed to generate a rated voltage at a vehicle idling speed or lower. For example, if the idling speed of the vehicle is 600
In a vehicle in which the rpm and the speed increase ratio are set to 2.5, the rotation speed of the vehicle AC generator at this idling rotation is 1500 rpm, but the vehicle AC generator has a rated voltage at this rotation speed. It is designed to obtain an output current of several tens of amps at 14V. For this reason, the generation start rotational speed of the vehicle alternator, that is, the rated voltage establishment rotational speed is designed to be about 1000 rpm.

【0005】一般に、車両用交流発電機は、同期発電機
の一種であるため、電機子に誘起する電圧は界磁極の回
転速度に比例して増大する。約1000rpmで定格電
圧14Vを発生する車両用交流発電機では、最高使用回
転数である約20000rpmにおいて電機子に誘起す
る電圧は280Vに到達し、電力ケーブルが外れた際に
はこの高電圧が無負荷飽和電圧として出力端子に現れ
る。
In general, a vehicular AC generator is a kind of synchronous generator, so that the voltage induced in the armature increases in proportion to the rotational speed of the field pole. In a vehicle alternator that generates a rated voltage of 14 V at about 1000 rpm, the voltage induced in the armature reaches 280 V at the maximum operating speed of about 20000 rpm, and when the power cable is disconnected, this high voltage is lost. Appears at the output terminal as the load saturation voltage.

【0006】近年の車両用交流発電機においては、この
ような高電圧を発電機外部に出力しないように、全波整
流器の整流素子を逆降伏特性を有するツェナーダイオー
ドで構成する手法が採用されている。しかしながら、ツ
ェナーダイオードで構成した全波整流器を用いた車両用
交流発電機でサージ電圧が発生すると、このエネルギー
は外部に放出されない代わりに、ツェナーダイオードの
逆方向消費電力として熱エネルギーに変換されるため、
ツェナーダイオードに大きな熱的ダメージを与えること
になる。
In recent vehicle alternators, a technique of constructing a rectifying element of a full-wave rectifier with a Zener diode having a reverse breakdown characteristic is adopted so that such a high voltage is not output to the outside of the generator. There is. However, when a surge voltage occurs in a vehicle AC generator that uses a full-wave rectifier composed of Zener diodes, this energy is not released to the outside, but is converted to thermal energy as reverse-direction power consumption of the Zener diodes. ,
It causes a great deal of thermal damage to the Zener diode.

【0007】従来の電圧制御装置は、発電機の出力電圧
を検出しており、この検出した出力電圧が基準値を超え
ると界磁電流の供給を停止して界磁束を弱め、反対に検
出した出力電圧が基準値を下回ると界磁電流の供給が許
可されて界磁束を増強することで、出力電圧を所定範囲
内に収束させる制御を実施している。したがって、不慮
の事故等によって電力ケーブルが車両用交流発電機の出
力端子から外れて、この出力端子に無負荷飽和電圧が現
れると、直ちに界磁電流の供給が停止され、界磁束が減
少するようになっている。
The conventional voltage control device detects the output voltage of the generator. When the detected output voltage exceeds the reference value, the supply of the field current is stopped to weaken the field flux, and the opposite is detected. When the output voltage is lower than the reference value, the supply of the field current is permitted and the field flux is increased to control the output voltage to converge within a predetermined range. Therefore, if the power cable is disconnected from the output terminal of the vehicle alternator due to an accident or the like and a no-load saturation voltage appears at this output terminal, the supply of the field current is immediately stopped and the field flux is reduced. It has become.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】ところが、界磁電流の
供給を停止しても、界磁巻線にはインダクタンス成分が
存在し、界磁電流の遮断時にこのインダクタンス成分に
よって過大な高電圧(磁気エネルギーの急激な放出)が
発生するため、電圧制御装置が破損するおそれがある。
このため、図9に示すような環流ダイオードが従来から
使用されている。界磁電流は、この環流ダイオードによ
って、供給停止時に瞬間的に減衰するのではなく、界磁
巻線と環流ダイオードで形成される閉回路を環流しなが
ら、界磁巻線の抵抗成分によって熱エネルギーに変換し
て減衰させている。
However, even if the supply of the field current is stopped, the field winding still has an inductance component, and when the field current is cut off, the inductance component causes an excessive high voltage (magnetic field). (Rapid release of energy), which may damage the voltage control device.
Therefore, a freewheeling diode as shown in FIG. 9 has been conventionally used. The field current is not instantaneously attenuated by the freewheeling diode when the supply is stopped, but is circulated in the closed circuit formed by the field winding and the freewheeling diode, and the thermal energy is generated by the resistance component of the field winding. Is converted to and attenuated.

【0009】このときの電流は、定量的に表すと、次の
方程式の解として得られる。 Vb−Vq=L・dIf/dt+R・If (界磁供給中 t<t0) …(1) −Vd=L・dIf/dt+R・If (界磁供給停止後 t>t0) …(2) If=(I0+Vd/R)・exp(−R・(t−t0)/L) −Vd/R (t>t0)…(3) ここで、Lは界磁巻線のインダクタンス、Rは界磁巻線
の抵抗値、Vdは環流ダイオードの順方向電圧降下、I0
は界磁供給停止直前の界磁電流値、Vqは界磁電流の断
続制御を行うパワートランジスタの閉成時の電圧降下で
ある。
The current at this time can be obtained as a solution of the following equation when expressed quantitatively. V b -V q = L · dI f / dt + R · I f ( in field supply t <t 0) ... (1 ) -V d = L · dI f / dt + R · I f ( field supply stop after t> t 0) ... (2) I f = (I 0 + V d / R) · exp (-R · (t-t 0) / L) -V d / R (t> t 0) ... (3) here , L is the inductance of the field winding, R is the resistance value of the field winding, V d is the forward voltage drop of the freewheeling diode, and I 0
Is the field current value immediately before the field supply is stopped, and V q is the voltage drop when the power transistor for controlling the field current is intermittently closed.

【0010】界磁供給停止後の界磁電流の挙動は、図2
の点線bのようになり、時定数τ=L/R、最終到達値
final=−Vd/Rで指数関数的に減衰する。しかし、
環流ダイオードは、逆方向に導通できないため、電流値
I(t)=0となった時点で通電は停止する。つまり、
パワートランジスタを開成して界磁供給を停止しても、
(3)式でIf=0となる時間(=−(L/R)・ln
(Vd/(Vd+R・I0)))に対応する期間は、界磁
電流が流れ続け、過電圧を発生し続けることになる。
The behavior of the field current after the field supply is stopped is shown in FIG.
As shown by the dotted line b in FIG. 3B, and decays exponentially with the time constant τ = L / R and the final reached value I final = −V d / R. But,
Since the freewheeling diode cannot conduct in the reverse direction, the energization is stopped when the current value I (t) = 0. That is,
Even if the power transistor is opened and the field supply is stopped,
Time (=-(L / R) · ln) when I f = 0 in the equation (3)
During the period corresponding to (V d / (V d + R · I 0 ))), the field current continues to flow and overvoltage continues to be generated.

【0011】特に、最近の小型高出力化された車両用交
流発電機においては、界磁巻線の抵抗が小さくインダク
タンスが大きくなる傾向にあるため、過電圧継続時間が
その分だけ長くなる。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、短時間に界磁電流
を減衰させることができる車両用交流発電機を提供する
ことにある。
Particularly, in the recent small-sized and high-output vehicle AC generators, the resistance of the field winding tends to be small and the inductance tends to be large, so that the overvoltage continuation time becomes longer accordingly. The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an automotive alternator capable of attenuating a field current in a short time.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の車両用交流発電機は、複数の界磁極を
備えた回転子と、界磁極を磁化させる第1の界磁巻線
と、第1の界磁巻線の時定数よりも短い時定数を有し、
界磁極を磁化させる第2の界磁巻線と、回転子により発
生する回転磁界によって交流電圧を誘起する電機子と、
電機子の交流出力を直流に変換する整流器と、第1およ
び第2の界磁巻線に通電する界磁電流を調整することに
より出力電圧を制御する制御装置と、第1および第2の
界磁巻線と並列に接続されており、制御装置の制御によ
って界磁電流の供給が遮断されたときに、界磁電流を環
流させる環流回路とを備えている。電力ケーブルの切断
等によって過大な出力電圧が発生して界磁電流の供給が
停止されたときに、短い時定数を有する第2の界磁巻線
に流れる界磁電流は短期間に減衰して逆起電圧が0にな
る。このため、それ以後は第1の界磁巻線に流れる界磁
電流が環流回路と第2の界磁巻線を通して流れることに
なり、第2の界磁巻線には逆極性の電流が流れることに
なる。これにより、電機子への鎖交磁束が急速に減衰す
るため、車両用交流発電機の過電圧状態を早期に解消す
ることが可能になる。
In order to solve the above-mentioned problems, an automotive alternator of the present invention includes a rotor having a plurality of field poles and a first field winding for magnetizing the field poles. The wire and a time constant shorter than that of the first field winding,
A second field winding for magnetizing the field pole, and an armature for inducing an AC voltage by a rotating magnetic field generated by the rotor,
A rectifier that converts the AC output of the armature into a DC, a controller that controls the output voltage by adjusting the field current that flows through the first and second field windings, and the first and second fields. It is connected in parallel with the magnetic winding and includes a circulation circuit for circulating the field current when the supply of the field current is cut off by the control of the control device. When an excessive output voltage is generated due to disconnection of the power cable and the supply of the field current is stopped, the field current flowing through the second field winding having a short time constant is attenuated in a short period of time. The back electromotive force becomes zero. Therefore, after that, the field current flowing through the first field winding flows through the circulation circuit and the second field winding, and the current of opposite polarity flows through the second field winding. It will be. As a result, the interlinkage magnetic flux to the armature is rapidly attenuated, so that the overvoltage state of the vehicle alternator can be eliminated early.

【0013】また、上述した環流回路が1つのダイオー
ドで構成された第1の回路と界磁電流の減衰を促進する
素子を備えた第2の回路とを有する場合に、これら第1
および第2の回路を切り替える切替手段をさらに備える
とともに、制御装置によって、整流器の出力電圧が基準
値を超えたときに切替手段を切り替えて第2の回路を選
択し、超えないときに第1の回路を選択することが望ま
しい。これにより、出力電圧が基準値を超えたときに第
2の回路に切り替えることで、界磁電流の減衰を促進す
ることが可能になり、過電圧の継続時間を大幅に短縮す
ることができる。
Further, when the above-mentioned free-wheeling circuit has a first circuit composed of one diode and a second circuit provided with an element for promoting attenuation of the field current, these first circuits are provided.
And switching means for switching the second circuit, and the control device switches the switching means to select the second circuit when the output voltage of the rectifier exceeds the reference value, and the first circuit when the output voltage does not exceed the reference value. It is desirable to select the circuit. With this, by switching to the second circuit when the output voltage exceeds the reference value, it is possible to accelerate the attenuation of the field current, and it is possible to significantly reduce the duration of the overvoltage.

【0014】また、上述した第2の回路は、複数のダイ
オードを直列に接続することにより構成することが望ま
しい。環流回路として使用されるダイオードの個数を増
やすことにより、界磁電流の供給を停止した後にこの環
流回路に流れる界磁電流の最終到達値を引き下げること
が可能であり、界磁電流が消失するまでの時間を大幅に
短縮することができる。
Further, it is desirable that the above-mentioned second circuit is constructed by connecting a plurality of diodes in series. By increasing the number of diodes used as a circulation circuit, it is possible to reduce the final value of the field current flowing in this circulation circuit after stopping the supply of the field current, until the field current disappears. The time can be greatly reduced.

【0015】また、整流器に含まれる整流素子がツェナ
ーダイオードである場合に、上述した制御装置は、ツェ
ナーダイオードの逆方向降伏電圧より小さな基準値を超
えたときに、第2の回路を選択することが望ましい。ツ
ェナーダイオードを用いて整流器を構成することによ
り、ツェナー電圧以上の高電圧が発生したときにツェナ
ーダイオードが逆降伏して電流が流れることでサージ発
生を抑制することができる。また、第2の回路に切り替
える基準値をこのツェナー電圧以下とすることにより、
ツェナー電圧を超えるような高電圧発生時において界磁
電流を速やかに減衰させて出力電圧を下げることが可能
になり、ツェナーダイオードに与えるダメージを最小限
に抑えることができる。
When the rectifying element included in the rectifier is a Zener diode, the above-mentioned control device selects the second circuit when the reference value smaller than the reverse breakdown voltage of the Zener diode is exceeded. Is desirable. By configuring the rectifier using the Zener diode, it is possible to suppress surge generation due to reverse breakdown of the Zener diode when a high voltage higher than the Zener voltage is generated and a current flows. Also, by setting the reference value for switching to the second circuit to be equal to or less than this Zener voltage,
When a high voltage exceeding the Zener voltage is generated, the field current can be quickly attenuated to reduce the output voltage, and damage to the Zener diode can be minimized.

【0016】また、上述した制御装置は、第1の回路か
ら第2の回路への切り替えを、第1および第2の界磁巻
線を含む閉回路を形成した状態で行うことが望ましい。
これにより、環流回路を切り替える際の瞬間的な回路遮
断を防止することができ、界磁電流が瞬断されることで
発生するサージ電圧を防ぐことができるため、過剰な保
護回路等が不要になる。
Further, it is preferable that the control device described above performs the switching from the first circuit to the second circuit in a state in which a closed circuit including the first and second field windings is formed.
As a result, it is possible to prevent momentary circuit interruption when switching the freewheeling circuit, and to prevent surge voltage caused by momentary interruption of the field current, thus eliminating the need for an excessive protection circuit or the like. Become.

【0017】また、上述した第1および第2の界磁巻線
は、同軸配置されていることが望ましい。第2の界磁巻
線は、時定数が短いため、小インダクタンス(巻回数
少)、大抵抗(線径小)とすることができる。このた
め、従来の界磁回路をそのまま利用することが可能にな
り、従来から用いられている界磁巻線を第1の界磁巻線
として巻装した空きスペースに、第2の界磁巻線を追加
して巻装することが可能になり、設計変更が最小限で済
むとともに、体格の大型化を抑えることができる。
Further, it is desirable that the first and second field windings described above are coaxially arranged. Since the second field winding has a short time constant, it can have a small inductance (a small number of turns) and a large resistance (a small wire diameter). For this reason, the conventional field circuit can be used as it is, and the field winding conventionally used is wound as the first field winding in the vacant space and the second field winding. Since it is possible to wind by adding a wire, the design change can be minimized and the build-up can be suppressed.

【0018】[0018]

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態の車両用交流発電機について、図面を参照しながら詳
細に説明する。 〔第1の実施形態〕図1は、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1に示すように、本
実施形態の車両用交流発電機1は、電機子巻線2、整流
器3、界磁巻線4、5および電圧制御装置6を含んで構
成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A vehicle alternator according to an embodiment of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. [First Embodiment] FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle AC generator according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the vehicle AC generator 1 of the present embodiment is configured to include an armature winding 2, a rectifier 3, field windings 4 and 5, and a voltage control device 6.

【0019】電機子巻線2は、多相巻線(例えば三相巻
線)であって、電機子鉄心に巻装されて電機子を構成し
ている。電機子巻線2に誘起される交流出力が整流器3
に供給される。整流器3は、電機子巻線2の交流出力を
直流出力に整流する全波整流回路であり、電機子巻線2
の各相に対応する整流素子としてダイオードが用いられ
ている。
The armature winding 2 is a multi-phase winding (for example, a three-phase winding) and is wound around an armature core to form an armature. The AC output induced in the armature winding 2 is the rectifier 3
Is supplied to. The rectifier 3 is a full-wave rectifier circuit that rectifies the AC output of the armature winding 2 into a DC output.
A diode is used as a rectifying element corresponding to each phase.

【0020】一方の界磁巻線4は、電機子巻線2に電圧
を誘起させるために必要な鎖交磁束を発生する。この界
磁巻線4は、界磁極(図示せず)に巻装されて回転子を
構成している。また、他方の界磁巻線5は、界磁巻線4
の時定数よりも短い時定数を有し、界磁巻線4に対して
同軸配置されて界磁極に巻装されている。
One of the field windings 4 generates an interlinking magnetic flux required to induce a voltage in the armature winding 2. The field winding 4 is wound around a field pole (not shown) to form a rotor. The other field winding 5 is the field winding 4
It has a time constant shorter than the time constant of, and is coaxially arranged with respect to the field winding 4 and wound around the field pole.

【0021】電圧制御装置6は、界磁巻線4、5に通電
する界磁電流を調整することにより、車両用交流発電機
1の出力電圧を所定範囲内に制御する。このために、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、LPF(ローパスフィルタ)63、電圧比較
器64を含んで構成されている。
The voltage control device 6 controls the output voltage of the vehicular AC generator 1 within a predetermined range by adjusting the field current flowing through the field windings 4 and 5. To this end, the voltage control device 6 is configured to include a power transistor 61, a freewheeling diode 62, an LPF (low pass filter) 63, and a voltage comparator 64.

【0022】パワートランジスタ61は、界磁巻線4、
5に直列に接続されて界磁電流を断続する。環流ダイオ
ード62は、界磁巻線4、5に並列に接続され、パワー
トランジスタ61が開成したときに界磁電流を環流させ
る。この環流ダイオード62によって環流回路が構成さ
れている。LPF63は、車両用交流発電機1の出力電
圧の高周波成分を除去するためのものであり、例えば周
知の抵抗とコンデンサによるCR回路で構成されてい
る。電圧比較器64は、LPF63の出力電圧Vs を所
定の基準値Vreg1と比較する。この基準値Vreg1は、車
両用交流発電機1の出力電圧を制御するためのものであ
り、例えば14.5Vに設定されている。
The power transistor 61 includes the field winding 4,
5 is connected in series to interrupt the field current. The freewheeling diode 62 is connected in parallel to the field windings 4 and 5 and causes the field current to flow back when the power transistor 61 is opened. The freewheeling diode 62 constitutes a freewheeling circuit. The LPF 63 is for removing high-frequency components of the output voltage of the vehicular AC generator 1, and is composed of, for example, a well-known CR circuit including a resistor and a capacitor. The voltage comparator 64 compares the output voltage Vs of the LPF 63 with a predetermined reference value Vreg1. This reference value Vreg1 is for controlling the output voltage of the vehicle alternator 1, and is set to, for example, 14.5V.

【0023】本実施形態の車両用交流発電機1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。電力
ケーブルが確実に接続されており、接触不良も生じてい
ない正常状態においては、電圧制御装置6内の電圧比較
器64によって、車両用交流発電機1の出力電圧と所定
の基準値Vreg1とが比較される。そして、出力電圧の方
が基準値Vreg1よりも高い場合にはパワートランジスタ
61が開成されて界磁巻線4、5に流れる界磁電流が減
少するため、出力電圧が低くなる。反対に、出力電圧の
方が基準値Vreg1よりも低い場合にはパワートランジス
タ61が閉成されて界磁巻線4、5に流れる界磁電流が
増加するため、出力電圧が高くなる。このように、正常
状態においては、車両用交流発電機1の出力電圧が基準
値Vreg1に収束するように制御される。
The vehicle alternator 1 of this embodiment has such a structure, and its operation will be described below. In a normal state in which the power cable is securely connected and contact failure does not occur, the output voltage of the vehicle alternator 1 and the predetermined reference value Vreg1 are controlled by the voltage comparator 64 in the voltage control device 6. Be compared. When the output voltage is higher than the reference value Vreg1, the power transistor 61 is opened and the field current flowing through the field windings 4 and 5 is reduced, so that the output voltage is lowered. On the contrary, when the output voltage is lower than the reference value Vreg1, the power transistor 61 is closed and the field current flowing through the field windings 4 and 5 is increased, so that the output voltage is increased. Thus, in the normal state, the output voltage of the vehicular AC generator 1 is controlled so as to converge to the reference value Vreg1.

【0024】一方、何らかの事故により電力ケーブルが
車両用交流発電機1の出力端子Bから外れたり、電力ケ
ーブルと出力端子Bとの間で接触不良が発生すると(以
後、この状態を「異常状態」と称する)、車両用交流発
電機1が無負荷状態で発電動作を行うことになるため、
出力端子Bに高電圧が発生する。当然ながら、このとき
の出力電圧は基準値Vreg1よりも高いため、パワートラ
ンジスタ61は連続的に開成状態になって、パワートラ
ンジスタ61から界磁巻線4、5に対する界磁電流の供
給が停止される。
On the other hand, if the power cable is disconnected from the output terminal B of the vehicular AC generator 1 due to some accident, or if a contact failure occurs between the power cable and the output terminal B (hereinafter, this state will be referred to as "abnormal state"). Since the vehicle alternator 1 performs a power generation operation in a no-load state,
A high voltage is generated at the output terminal B. Of course, since the output voltage at this time is higher than the reference value Vreg1, the power transistor 61 is continuously opened, and the supply of the field current from the power transistor 61 to the field windings 4 and 5 is stopped. It

【0025】図2は、異常状態における鎖交磁束数と界
磁電流の変化を示す図である。図2において、「a」は
本実施形態の車両用交流発電機1の電機子の鎖交磁束数
を、「b」は従来の車両用交流発電機の電機子の鎖交磁
束数を、「If1」は、界磁巻線4の界磁電流を、
「If2」は界磁巻線5の界磁電流をそれぞれ示してい
る。また、図3および図4は異常状態における界磁電流
の通電経路の説明図である。
FIG. 2 is a diagram showing changes in the number of interlinkage magnetic fluxes and field currents in an abnormal state. In FIG. 2, “a” is the number of interlinkage magnetic fluxes of the armature of the vehicle AC generator 1 of the present embodiment, and “b” is the number of interlinkage magnetic fluxes of the armature of the conventional vehicle AC generator. I f1 ”is the field current of the field winding 4,
“I f2 ” represents the field current of the field winding 5. Further, FIG. 3 and FIG. 4 are explanatory diagrams of the energization path of the field current in the abnormal state.

【0026】異常状態になってパワートランジスタ61
が連続的に開成されると、その直後の時刻t0からt1
では、2つの界磁巻線4、5に流れる界磁電流がともに
指数関数的に減衰する(図2、図3)。特に、界磁巻線
5は時定数が短く設定されているので、この界磁巻線5
に流れる界磁電流は短期間に減衰する。
In an abnormal state, the power transistor 61
There Once continuously open, its from time t 0 immediately after up to t 1, the field current flowing through the two field windings 4 and 5 are both decays exponentially (Fig. 2, Fig. 3) . In particular, since the field winding 5 is set to have a short time constant, the field winding 5
The field current flowing through the field decays in a short time.

【0027】界磁巻線4に流れる界磁電流をIf1、界磁
巻線5に流れる界磁電流をIf2とすると、時刻t0から
1までの間におけるこれらの値は以下のようになる。 If1=(I01+Vd/R1)・exp(−R1・(t−t0)/L1) −Vd/R1 … (4) If2=(I02+Vd/R2)・exp(−R2・(t−t0)/L2) −Vd/R2 … (5) ここで、L1は界磁巻線4のインダクタンス、L2は界磁
巻線5のインダクタンス、R1は界磁巻線4の抵抗値、
2は界磁巻線5の抵抗値、Vdは環流ダイオード62の
順方向電圧降下、I01は界磁電流供給停止直前に界磁巻
線4に流れていた界磁電流値、I02は界磁電流供給停止
直前に界磁巻線5に流れていた界磁電流値である。
Assuming that the field current flowing through the field winding 4 is I f1 and the field current flowing through the field winding 5 is I f2 , these values between times t 0 and t 1 are as follows. become. I f1 = (I 01 + V d / R 1 ) · exp (−R 1 · (t−t 0 ) / L 1 ) −V d / R 1 (4) I f2 = (I 02 + V d / R 2 ) · exp (-R 2 · ( t-t 0) / L 2) -V d / R 2 ... (5) where, L 1 is of the field winding 4 inductance, L 2 is the field winding 5 , R 1 is the resistance value of the field winding 4,
R 2 is the resistance value of the field winding 5, V d is the forward voltage drop of the freewheeling diode 62, I 01 is the field current value flowing in the field winding 4 immediately before the supply of the field current is stopped, and I 02 Is the value of the field current that was flowing in the field winding 5 immediately before the supply of the field current was stopped.

【0028】時刻t1に達すると、界磁巻線5を流れる
界磁電流が0になり、この界磁巻線5の逆起電圧が消失
するので、逆方向に電流が流れ始める(図4)。この電
流の供給元は一方の界磁巻線4であり、時刻t1以降
は、界磁巻線5が界磁巻線4の環流回路として作用す
る。つまり、一方の界磁巻線4に流れる界磁電流によっ
て発生する界磁束を相殺する向きの起磁力が、他方の界
磁巻線5に流れる界磁電流によって発生し、時刻t1
らt2の期間に、電機子巻線2に対する総鎖交磁束数は
急激に減衰する。この間に、界磁巻線5に発生する逆起
電圧は、環流ダイオード62が併設されていることによ
り、この環流ダイオード62の順方向電圧Vdに固定さ
れる。したがって、この間に界磁巻線5に流れる逆方向
電流は、Vd/R2で表すことができる。
When the time t 1 is reached, the field current flowing through the field winding 5 becomes 0, and the counter electromotive voltage of the field winding 5 disappears, so that the current starts flowing in the opposite direction (FIG. 4). ). The source of this current is one of the field windings 4, and after the time t 1 , the field winding 5 acts as a circulating circuit of the field winding 4. That is, the magnetomotive force in the direction of canceling the field flux generated by the field current flowing in one field winding 4 is generated by the field current flowing in the other field winding 5, and the time t 1 to t 2 During the period, the total number of flux linkages to the armature winding 2 is rapidly attenuated. During this period, the counter electromotive voltage generated in the field winding 5 is fixed to the forward voltage V d of the freewheeling diode 62 because the freewheeling diode 62 is provided side by side. Therefore, the reverse current flowing through the field winding 5 during this period can be represented by V d / R 2 .

【0029】このように、時刻t1からt2までの間にお
いて界磁巻線5に流れる界磁電流I f2は、 If2=−Vd/R2 …(6) となる。なお、時刻t1からt2までの間において界磁巻
線4に流れる界磁電流I f1は、上述した(4)式がその
まま適用される。
Thus, at time t1To t2In between
Field current I flowing through the field winding 5 f2Is     If2= -Vd/ R2                                            … (6) Becomes Note that time t1To t2Field winding up to
Field current I flowing in line 4 f1Is the above equation (4)
It is applied as is.

【0030】ところで、電機子巻線2に対する鎖交磁束
数λは、界磁巻線4、5のそれぞれの界磁電流If1、I
f2を用いると以下のように表すことができる。 λ=k1・If1+k2・If2 … (7) この(7)式からも、(6)式で表される界磁電流が界
磁巻線5に流れることにより、界磁巻線4に流れる界磁
電流によって発生する磁束が、界磁巻線5に流れる界磁
電流によって発生する磁束によって相殺されて、電機子
巻線2に鎖交する磁束が急激に減衰することがわかる。
By the way, the interlinkage flux number λ for the armature winding 2 is determined by the field currents I f1 and I f of the field windings 4 and 5, respectively.
Using f2 , it can be expressed as follows. λ = k 1 · I f1 + k 2 · I f2 (7) From this equation (7) as well, the field current expressed by the equation (6) flows in the field winding 5, so that the field winding It can be seen that the magnetic flux generated by the field current flowing in 4 is canceled by the magnetic flux generated by the field current flowing in field winding 5, and the magnetic flux interlinking with armature winding 2 is rapidly attenuated.

【0031】さらに、時刻t2に達すると、もはや環流
ダイオード62を導通させるだけの逆起電圧が界磁巻線
4には生じ得ないため、界磁電流は、他方の界磁巻線5
のみで環流して直ちに消滅する。時刻t2以降において
界磁巻線4、5に流れる界磁電流If1、If2は、 If1=−If2=It2・exp(−(R2+R1)・(t−t2)/(L1+L2)) … (8) となる。ここで、It2は時刻t2において界磁巻線4、
5に流れていた界磁電流値である。
Further, when the time t 2 is reached, the counter electromotive voltage enough to turn on the freewheeling diode 62 can no longer be generated in the field winding 4, so that the field current becomes the other field winding 5.
It circulates by itself and disappears immediately. The field currents I f1 and I f2 flowing through the field windings 4 and 5 after the time t 2 are as follows: I f1 = −I f2 = I t2 · exp (− (R 2 + R 1 ) · (t−t 2 ). / (L 1 + L 2 )) (8) Where I t2 is the field winding 4, at time t 2 .
5 is the value of the field current that was flowing.

【0032】このように、本実施形態の車両用交流発電
機1では、電力ケーブルの切断等によって過大な出力電
圧が発生して、界磁巻線4、5に対する界磁電流の供給
が停止されたときに、短い時定数を有する界磁巻線5に
流れる界磁電流は短期間に減衰して逆起電圧が0にな
る。このため、それ以後は界磁巻線4に流れる界磁電流
が環流ダイオード62と界磁巻線5を通して流れること
になり、界磁巻線4の発生磁束を打ち消す極性の電流を
界磁巻線5に流すことが可能になる。これにより、電機
子への鎖交磁束が急速に減衰するため、車両用交流発電
機1の過電圧状態を早期に解消することが可能になる。
As described above, in the vehicle alternator 1 of this embodiment, an excessive output voltage is generated due to the disconnection of the power cable or the like, and the supply of the field current to the field windings 4 and 5 is stopped. Then, the field current flowing through the field winding 5 having a short time constant is attenuated in a short time and the back electromotive force becomes zero. Therefore, after that, the field current flowing through the field winding 4 flows through the freewheeling diode 62 and the field winding 5, and a current having a polarity that cancels the magnetic flux generated in the field winding 4 is applied. It becomes possible to flow to 5. As a result, the interlinkage magnetic flux to the armature is rapidly attenuated, so that it becomes possible to eliminate the overvoltage state of the vehicle alternator 1 at an early stage.

【0033】また、本実施形態の車両用交流発電機1で
は、界磁巻線5は時定数が短いため、小インダクタンス
(巻回数少)、大抵抗(線径小)とすることができる。
このため、従来の界磁回路をそのまま利用することが可
能になり、従来から用いられている界磁巻線4を巻装し
た空きスペースに、界磁巻線5を追加して巻装すること
が可能になり、設計変更が最小限で済むとともに、体格
の大型化を抑えることができる。
Further, in the vehicle AC generator 1 of the present embodiment, the field winding 5 has a short time constant, so that it can have a small inductance (a small number of turns) and a large resistance (a small wire diameter).
Therefore, the conventional field circuit can be used as it is, and the field winding 5 can be additionally wound in the empty space in which the field winding 4 which has been conventionally used is wound. This makes it possible to minimize the design change and prevent the build-up from increasing.

【0034】〔第2の実施形態〕図5は、第2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5に示
すように、本実施形態の車両用交流発電機1Aは、電機
子巻線2、整流器3、界磁巻線4、5および電圧制御装
置6Aを含んで構成されている。この車両用交流発電機
1Aは、図1に示した車両用交流発電機1に対して、電
圧制御装置6を電圧制御装置6Aに置き換えた点が異な
っており、それ以外の構成については基本的に共通す
る。
[Second Embodiment] FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a vehicle AC generator according to a second embodiment. As shown in FIG. 5, the vehicle AC generator 1A of the present embodiment includes an armature winding 2, a rectifier 3, field windings 4 and 5, and a voltage control device 6A. This vehicle AC generator 1A is different from the vehicle AC generator 1 shown in FIG. 1 in that the voltage control device 6 is replaced with a voltage control device 6A, and other configurations are basically the same. Common to.

【0035】電圧制御装置6Aは、パワートランジスタ
61、環流ダイオード62、LPF63、電圧比較器6
4、65、環流回路66、スイッチ67、68を含んで
構成されている。図1に示した電圧制御装置6と共通す
る構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略す
る。
The voltage control device 6A includes a power transistor 61, a freewheeling diode 62, an LPF 63, and a voltage comparator 6.
4, 65, a circulation circuit 66, and switches 67 and 68. The same components as those of the voltage control device 6 shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.

【0036】電圧比較器65は、LPF63の出力電圧
Vs を所定の基準値Vreg2と比較する。この基準値Vre
g2は、パワートランジスタ61の断続状態を制御する電
圧比較器64で用いられている基準値Vreg1よりも大き
な値に設定されている。例えば、基準値Vreg1が14.
5Vのときに、この基準値Vreg2は20Vに設定されて
いる。
The voltage comparator 65 compares the output voltage Vs of the LPF 63 with a predetermined reference value Vreg2. This reference value Vre
g2 is set to a value larger than the reference value Vreg1 used in the voltage comparator 64 that controls the intermittent state of the power transistor 61. For example, if the reference value Vreg1 is 14.
At 5V, this reference value Vreg2 is set to 20V.

【0037】環流回路66は、界磁電流の減衰を促進す
る素子であり、具体的には多段接続されたダイオードに
よって構成されている。スイッチ67、68は、電圧比
較器65の出力に基づいて、第1の回路としての環流ダ
イオード62と第2の回路としての環流回路66とを選
択的に切り替える切替手段である。具体的には、電圧比
較器65の出力がローレベルのとき、すなわちLPF6
3の出力電圧が基準値Vreg2を超えない正常状態におい
ては、環流ダイオード62に直列に接続されたスイッチ
67のみが閉成されて環流ダイオード62が選択され
る。一方、電圧比較器65の出力がハイレベルのとき、
すなわちLPF63の出力電圧が基準値Vreg2を超える
ような異常状態においては、環流回路66に直列に接続
されたスイッチ68のみが閉成されて環流回路66が選
択される。
The circulating circuit 66 is an element that promotes the attenuation of the field current, and is specifically composed of diodes connected in multiple stages. The switches 67 and 68 are switching means for selectively switching between the freewheeling diode 62 as the first circuit and the freewheeling circuit 66 as the second circuit based on the output of the voltage comparator 65. Specifically, when the output of the voltage comparator 65 is low level, that is, the LPF 6
In the normal state in which the output voltage of 3 does not exceed the reference value Vreg2, only the switch 67 connected in series to the freewheeling diode 62 is closed to select the freewheeling diode 62. On the other hand, when the output of the voltage comparator 65 is high level,
That is, in an abnormal state in which the output voltage of the LPF 63 exceeds the reference value Vreg2, only the switch 68 connected in series to the circulation circuit 66 is closed and the circulation circuit 66 is selected.

【0038】本実施形態の車両用交流発電機1A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。電
力ケーブルが確実に接続されており、接触不良も生じて
いない正常状態においては、電圧比較器65の出力がロ
ーレベルを維持するため、スイッチ67が閉成されて環
流ダイオード62が選択される。したがって、電圧制御
装置6Aの動作は、図1に示した電圧制御装置6の動作
と同じになり、車両用交流発電機1Aの出力電圧が基準
値Vreg1に収束するように制御される。
The vehicle alternator 1A of this embodiment has such a structure, and its operation will be described below. In a normal state in which the power cable is securely connected and contact failure does not occur, the output of the voltage comparator 65 maintains a low level, so that the switch 67 is closed and the freewheeling diode 62 is selected. Therefore, the operation of the voltage control device 6A is the same as the operation of the voltage control device 6 shown in FIG. 1, and the output voltage of the vehicular AC generator 1A is controlled so as to converge to the reference value Vreg1.

【0039】一方、何らかの事故により電力ケーブルが
車両用交流発電機1Aの出力端子Bから外れたり、電力
ケーブルと出力端子Bとの間で接触不良が発生して異常
状態になると、車両用交流発電機1Aが無負荷状態で発
電動作を行うことになるため、出力端子Bに高電圧が発
生する。この高電圧が基準値Vreg1よりも高くなると、
パワートランジスタ61が連続的に開成状態になって、
パワートランジスタ61から界磁巻線4、5に対する界
磁電流の供給が停止される。
On the other hand, if the power cable comes off from the output terminal B of the vehicular AC generator 1A due to some accident, or if a contact failure occurs between the power cable and the output terminal B, an abnormal condition occurs in the vehicular AC generator. Since the machine 1A performs a power generation operation in a no-load state, a high voltage is generated at the output terminal B. When this high voltage becomes higher than the reference value Vreg1,
The power transistor 61 is continuously open,
The supply of the field current from the power transistor 61 to the field windings 4 and 5 is stopped.

【0040】図6は、異常状態における鎖交磁束と界磁
電流の変化を示す図である。図6において、「a」は本
実施形態の車両用交流発電機1Aの電機子の鎖交磁束数
を、「b」は従来の車両用交流発電機の電機子の鎖交磁
束数をそれぞれ示している。異常状態になって車両用交
流発電機1Aの出力電圧が基準値Vreg2を超えると電圧
比較器65の出力がローレベルからハイレベルに変化す
る。電圧比較器65の出力がハイレベルになると、スイ
ッチ68が閉成されるとともにスイッチ67が開成され
て、環流ダイオード62から環流回路66に接続が切り
替わる。
FIG. 6 is a diagram showing changes in the interlinkage magnetic flux and the field current in the abnormal state. In FIG. 6, “a” indicates the number of interlinkage magnetic fluxes of the armature of the vehicle AC generator 1A of the present embodiment, and “b” indicates the number of interlinkage magnetic fluxes of the armature of the conventional vehicle AC generator. ing. When the output voltage of the vehicle AC generator 1A exceeds the reference value Vreg2 in an abnormal state, the output of the voltage comparator 65 changes from the low level to the high level. When the output of the voltage comparator 65 becomes high level, the switch 68 is closed and the switch 67 is opened, and the connection from the freewheeling diode 62 to the freewheeling circuit 66 is switched.

【0041】ところで、本実施形態の環流回路66は、
ダイオードを多段接続することにより構成されているた
め、一つの環流ダイオード62を用いた場合に比べて、
順方向電圧をn倍(nは多段接続されたダイオード数)
にすることができる。このため、界磁電流の最終到達値
を大幅に引き下げることができ、界磁電流の減衰促進に
よる高電圧状態の早期解消が可能になる。なお、環流回
路66を構成するダイオードの直列段数が増えるほど環
流回路66の両端電圧が大きくなるが、界磁巻線4を流
れる界磁電流の減衰に起因して界磁巻線4の逆起電圧も
減衰する。このとき、界磁巻線5を流れる逆極性の界磁
電流による逆起電圧と界磁巻線4に発生する逆起電圧が
同じ大きさになると(時刻t4)、この逆起電圧がダイ
オードの順方向電圧降下分(n・Vd)に到達していな
くても、界磁巻線5に流れる界磁電流は一転して減衰に
転じる。すなわち、時刻t3からt4までの期間に劇的に
鎖交磁束数を減衰させる働きをする。
By the way, the circulation circuit 66 of the present embodiment is
Since it is configured by connecting diodes in multiple stages, compared to the case where one free-wheeling diode 62 is used,
Forward voltage n times (n is the number of diodes connected in multiple stages)
Can be Therefore, the final reaching value of the field current can be greatly reduced, and the high voltage state can be eliminated early by promoting the attenuation of the field current. Although the voltage across the freewheeling circuit 66 increases as the number of series stages of the diodes forming the freewheeling circuit 66 increases, the back electromotive force of the field winding 4 is reduced due to the attenuation of the field current flowing through the field winding 4. The voltage also decays. At this time, when the counter electromotive voltage generated by the field current of the opposite polarity flowing through the field winding 5 and the counter electromotive voltage generated in the field winding 4 have the same magnitude (time t 4 ), this counter electromotive voltage is applied to the diode. Even if it has not reached the forward voltage drop (n · V d ), the field current flowing through the field winding 5 turns around and decays. That is, it acts to dramatically attenuate the number of flux linkages in the period from time t 3 to time t 4 .

【0042】界磁巻線4に流れる界磁電流をIf1’、界
磁巻線5に流れる界磁電流をIf2’とすると、異常が発
生した時刻t0から界磁巻線5に流れる界磁電流If2
が0になる時刻t3までのこれらの界磁電流の値は以下
のようになる。 If1’=(I01+n・Vd/R1)・exp(−R1・(t−t0)/L1) −n・Vd/R1 … (9) If2’=(I02+n・Vd/R2)・exp(−R2・(t−t0)/L2) −n・Vd/R2 … (10) 時刻t3に達すると、界磁巻線5を流れる界磁電流が0
になり、この界磁巻線5の逆起電圧が消失するので、逆
方向に電流が流れ始める。この電流の供給元は一方の界
磁巻線4であり、時刻t3以降は、界磁巻線5が界磁巻
線4の環流回路として作用する。つまり、一方の界磁巻
線4に流れる界磁電流によって発生する界磁束を相殺す
る向きの起磁力が、他方の界磁巻線5に流れる界磁電流
によって発生し、時刻t3からt4の期間に、電機子巻線
2に対する総鎖交磁束数は急激に減衰する。この間に、
界磁巻線5に発生する逆起電圧は、環流回路66が併設
されていることにより、この環流回路66全体の順方向
電圧n・Vdに達するまで増加する。したがって、この
間に界磁巻線5に流れる逆方向電流の最終到達値は、n
・Vd/R2で表すことができる。
Assuming that the field current flowing through the field winding 4 is I f1 'and the field current flowing through the field winding 5 is I f2 ', the current flows through the field winding 5 from time t 0 when the abnormality occurs. Field current I f2 '
The values of these field currents until the time t 3 when becomes 0 are as follows. I f1 ′ = (I 01 + n · V d / R 1 ) · exp (−R 1 · (t−t 0 ) / L 1 ) −n · V d / R 1 (9) I f2 ′ = (I 02 + n · V d / R 2) · exp if (-R 2 · (t-t 0) / L 2) reaches the -n · V d / R 2 ... (10) time t 3, the field winding 5 Field current flowing through
Then, since the counter electromotive voltage of the field winding 5 disappears, a current starts flowing in the opposite direction. The source of this current is one of the field windings 4, and after the time t 3 , the field winding 5 acts as a circulation circuit of the field winding 4. That is, the magnetomotive force in the direction of canceling the field flux generated by the field current flowing in one field winding 4 is generated by the field current flowing in the other field winding 5, and from time t 3 to t 4. During the period, the total number of flux linkages to the armature winding 2 is rapidly attenuated. During this time,
The counter electromotive voltage generated in the field winding 5 increases until the forward voltage n · V d of the entire circulation circuit 66 is reached because the circulation circuit 66 is provided side by side. Therefore, the final value of the reverse current flowing through the field winding 5 during this period is n
- it can be represented by V d / R 2.

【0043】具体的には、時刻t3からt4までの間にお
いて界磁巻線5に流れる界磁電流I f2’は、 If2’=(n・Vd/R2)・exp(−(R1+R2)・(t−t3) /(L1+L2))−n・Vd/R2 … (11) となる。なお、時刻t3からt4までの間において界磁巻
線4に流れる界磁電流I f1’は、上述した(9)式がそ
のまま適用される。
Specifically, time t3To tFourIn between
Field current I flowing through the field winding 5 f2’     If2’= (N · Vd/ R2) ・ Exp (− (R1+ R2) ・ (T-t3)                     / (L1+ L2))-N ・ Vd/ R2              … (11) Becomes Note that time t3To tFourField winding up to
Field current I flowing in line 4 f1′ Is the equation (9) above.
It is applied as it is.

【0044】電機子巻線2に対する鎖交磁束数λは、界
磁巻線4、5のそれぞれの界磁電流If1’、If2’を用
いると以下のように表すことができる。 λ=k1・If1’+k2・If2’ … (12) この(12)式からも、(11)式で表される界磁電流
が界磁巻線5に流れることにより、界磁巻線4に流れる
界磁電流によって発生する磁束を、界磁巻線5に流れる
界磁電流によって発生する磁束によって相殺して、電機
子巻線2に鎖交する磁束を急激に減衰させることがわか
る。特に、第1の実施形態の場合と異なり、時刻t3
4における界磁巻線5の電流値If2’が大きくなるた
め、この界磁電流に基づく鎖交磁束の相殺分(k2・I
f2’)を多くすることができる。
The interlinkage magnetic flux number λ for the armature winding 2 can be expressed as follows by using the field currents I f1 'and I f2 ' of the field windings 4 and 5, respectively. λ = k1 · I f1 ′ + k2 · I f2 ′ (12) From this equation (12) as well, the field current represented by the equation (11) flows into the field winding 5, so that the field winding It can be seen that the magnetic flux generated by the field current flowing in 4 is canceled by the magnetic flux generated by the field current flowing in field winding 5, and the magnetic flux linked to armature winding 2 is rapidly attenuated. Particularly, unlike the case of the first embodiment, from time t 3 to.
Since the current value I f2 'of the field winding 5 at t 4 becomes large, the offsetting amount (k2 · I) of the interlinkage magnetic flux based on this field current
f2 ') can be increased.

【0045】さらに、時刻t4に達すると、もはや環流
回路66を導通させるだけの逆起電圧が界磁巻線4には
生じ得ないため、界磁電流は、他方の界磁巻線5のみで
環流して直ちに消滅する。時刻t4以降において界磁巻
線4、5に流れる界磁電流If 1’、If2’は、 If1’=−If2’=It4・exp(−(R2+R1)・(t−t4) /(L1+L2)) … (13) となる。ここで、It4は時刻t4において界磁巻線4、
5に流れていた界磁電流値である。
Further, time tFourWhen it reaches
A back electromotive force that makes the circuit 66 conductive is applied to the field winding 4.
Since it cannot occur, the field current is only in the other field winding 5.
It circulates and disappears immediately. Time tFourField winding
Field current I flowing in lines 4 and 5f 1’If2’     If1’= -If2’= It4・ Exp (-(R2+ R1) ・ (T-tFour)                                   / (L1+ L2)) … (13) Becomes Where It4Is time tFourAt field winding 4,
5 is the value of the field current that was flowing.

【0046】このように、本実施形態の車両用交流発電
機1Aでは、環流回路66として使用するダイオードの
個数を増やすことにより、界磁電流の供給を停止した後
にこの環流回路66に流れる界磁電流の最終到達値を引
き下げることが可能であり、界磁電流が消失するまでの
時間を大幅に短縮することができる。
As described above, in the vehicle alternator 1A of the present embodiment, the number of diodes used as the circulating circuit 66 is increased so that the field current flowing in the circulating circuit 66 after the supply of the field current is stopped. It is possible to reduce the final value of the current, and it is possible to greatly reduce the time until the field current disappears.

【0047】また、本実施形態の車両用交流発電機1A
では、スイッチ67、68を用いて環流ダイオード62
と環流回路66を切り替えているため、電力ケーブルの
外れ等が生じていない系統正常時における電圧制御の安
定性を保ちながら、電力ケーブルの外れ等が生じた系統
異常時における過電圧継続時間の短縮を実現することが
できる。すなわち、出力電圧の安定性という観点から
は、環流回路の時定数は長い方が好ましいため、系統正
常時には環流ダイオード62を用いて界磁電流を環流さ
せている。また、系統異常時には界磁電流およびこれに
起因して発生する鎖交磁束の減衰を早めるために、環流
回路の時定数は短い方が好ましいため、ダイオードが多
段接続された環流回路66を用いて界磁電流を環流させ
ている。
Further, the vehicle AC generator 1A of the present embodiment
Now, by using the switches 67 and 68, the freewheeling diode 62 is
And the free-wheeling circuit 66 are switched, it is possible to reduce the overvoltage continuation time at the time of a system abnormality such as disconnection of the power cable while maintaining the stability of the voltage control when the system is normal without disconnection of the power cable. Can be realized. That is, from the viewpoint of the stability of the output voltage, it is preferable that the time constant of the freewheeling circuit is long. Therefore, when the system is normal, the freewheeling diode 62 is used to circulate the field current. Further, in order to accelerate the decay of the field current and the interlinkage magnetic flux generated due to this at the time of system abnormality, it is preferable that the time constant of the circulation circuit is short. Therefore, the circulation circuit 66 in which diodes are connected in multiple stages is used The field current is circulated.

【0048】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実
施が可能である。例えば、上述した各実施形態では、整
流器3に含まれる各整流素子をダイオードで構成した
が、各整流素子をツェナーダイオードで構成するように
してもよい。これにより、異常発生時における出力電圧
の上昇をツェナーダイオードの逆方向降伏電圧(ツェナ
ー電圧)以下に抑えることができ、電圧制御装置6、6
A内の各種制御回路(図示せず)等に与えるダメージを
減らすことができる。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiment, and various modifications can be made within the scope of the gist of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, each rectifying element included in the rectifier 3 is composed of a diode, but each rectifying element may be composed of a Zener diode. As a result, the rise of the output voltage when an abnormality occurs can be suppressed to the reverse breakdown voltage (Zener voltage) of the Zener diode or less, and the voltage control devices 6, 6
Damage to various control circuits (not shown) in A can be reduced.

【0049】また、上述した第2の実施形態の車両用交
流発電機1Aに含まれる整流器3をツェナーダイオード
を用いて構成した場合に、電圧比較器65の基準値Vre
g2をツェナー電圧以下に設定することが望ましい。例え
ば、ツェナー電圧Vzが20Vの場合に、基準値Vreg2
が18Vに設定される。これにより、異常発生時に車両
用交流発電機1Aの出力電圧がツェナー電圧を超えると
きには、既に環流ダイオード62から環流回路66に切
り替わっているため、整流器3を構成するツェナーダイ
オードでの発熱を最小限に抑えることができる。
Further, when the rectifier 3 included in the vehicle alternator 1A of the second embodiment described above is constructed by using the Zener diode, the reference value Vre of the voltage comparator 65 is obtained.
It is desirable to set g2 below the Zener voltage. For example, when the Zener voltage Vz is 20V, the reference value Vreg2
Is set to 18V. As a result, when the output voltage of the vehicle alternator 1A exceeds the Zener voltage when an abnormality occurs, the freewheeling diode 62 has already been switched to the freewheeling circuit 66, so that the heat generated by the Zener diode forming the rectifier 3 is minimized. Can be suppressed.

【0050】また、上述した第2の実施形態の車両用交
流発電機1Aでは、環流ダイオード62から環流回路6
6に切り替える際に、それぞれに直列に接続されたスイ
ッチ67、68を同時に切り替えたが、この切り替えに
おいては、界磁巻線4、5を含む閉回路を一時的に形成
した状態で行うことが望ましい。
Further, in the vehicle alternator 1A of the second embodiment described above, the freewheeling diode 62 to the freewheeling circuit 6 are used.
When switching to 6, the switches 67 and 68 connected in series to each other were switched at the same time. However, this switching can be performed with a closed circuit including the field windings 4 and 5 being temporarily formed. desirable.

【0051】例えば、電圧制御装置6A内のパワートラ
ンジスタ61を短時間閉成した状態で、スイッチ67、
68を切り替えるようにする。これにより、環流回路を
切り替える際の瞬間的な回路遮断を防止することがで
き、界磁電流が瞬断されることで発生するサージ電圧を
防ぐことができるため、過剰な保護回路等が不要にな
る。
For example, with the power transistor 61 in the voltage control device 6A closed for a short time, the switch 67,
Switch 68. As a result, it is possible to prevent momentary circuit interruption when switching the freewheeling circuit, and to prevent surge voltage caused by momentary interruption of the field current, thus eliminating the need for an excessive protection circuit or the like. Become.

【0052】また、上述した第2の実施形態では、複数
のダイオードを直列接続して環流回路を形成したが、図
7に示すように、1つのノーマルダイオード75とツェ
ナーダイオード76を互いに逆方向に直列接続して環流
回路を構成するようにしてもよい。このようにすること
で半導体のチップサイズを小型化することができるメリ
ットが生じる。
In the second embodiment described above, a plurality of diodes are connected in series to form a freewheeling circuit. However, as shown in FIG. 7, one normal diode 75 and one Zener diode 76 are arranged in opposite directions. They may be connected in series to form a freewheeling circuit. By doing so, there is an advantage that the semiconductor chip size can be reduced.

【0053】図8は、電圧制御装置の変形例を示す図で
ある。図8に示す電圧制御装置6Bは、図5に示した電
圧制御装置6Aに対して、スイッチ68の断続状態を設
定する電圧比較器69を追加した点が異なっている。こ
の電圧比較器69は、LPF63の出力電圧Vs を所定
の基準値Vreg3と比較する。この基準値Vreg3は、電圧
比較器65で用いられている基準電圧Vreg2よりも若干
小さな値に設定されている。例えば、基準値Vreg2が2
0Vのときに、この基準値Vreg3は19Vに設定されて
いる。したがって、電力ケーブルが外れる等の異常状態
が発生して、車両用交流発電機の出力電圧が高くなった
ときに、まず電圧比較器69の出力がハイレベルに変化
し、その直後に電圧比較器65の出力がハイレベルに変
化する。このため、一時的に2つのスイッチ67、68
が同時に閉成され、その後僅かな時間差でスイッチ67
が開成される。このようにして2つのスイッチ67、6
8の切り替えを行った場合にも、界磁巻線4、5を含む
閉回路を一時的に形成することができる。これにより、
瞬間的な回路遮断を防止することができ、界磁電流が瞬
断されることで発生するサージ電圧を防ぐことができる
ため、過剰な保護回路等が不要になる。
FIG. 8 is a diagram showing a modification of the voltage control device. The voltage control device 6B shown in FIG. 8 differs from the voltage control device 6A shown in FIG. 5 in that a voltage comparator 69 for setting the intermittent state of the switch 68 is added. The voltage comparator 69 compares the output voltage Vs of the LPF 63 with a predetermined reference value Vreg3. This reference value Vreg3 is set to a value slightly smaller than the reference voltage Vreg2 used in the voltage comparator 65. For example, the reference value Vreg2 is 2
At 0V, this reference value Vreg3 is set to 19V. Therefore, when an abnormal state such as disconnection of the power cable occurs and the output voltage of the vehicle alternator becomes high, the output of the voltage comparator 69 first changes to a high level, and immediately after that, the voltage comparator 69. The output of 65 changes to high level. Therefore, the two switches 67 and 68 are temporarily
Are closed at the same time, and then switch 67 with a slight time difference.
Is opened. In this way the two switches 67, 6
Even when the switching of 8 is performed, a closed circuit including the field windings 4 and 5 can be temporarily formed. This allows
Since it is possible to prevent momentary circuit interruption and prevent surge voltage generated due to momentary interruption of the field current, an excessive protection circuit or the like becomes unnecessary.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】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。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a vehicle AC generator according to a first embodiment.

【図2】異常状態における鎖交磁束と界磁電流の変化を
示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing changes in interlinkage magnetic flux and field current in an abnormal state.

【図3】異常状態における界磁電流の通電経路の説明図
である。
FIG. 3 is an explanatory diagram of a conduction path of a field current in an abnormal state.

【図4】異常状態における界磁電流の通電経路の説明図
である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a conduction path of a field current in an abnormal state.

【図5】第2の実施形態の車両用交流発電機の構成を示
す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a vehicle AC generator according to a second embodiment.

【図6】異常状態における鎖交磁束と界磁電流の変化を
示す図である。
FIG. 6 is a diagram showing changes in interlinkage magnetic flux and field current in an abnormal state.

【図7】環流回路の変形例を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a modified example of the freewheeling circuit.

【図8】電圧制御装置の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a modification of the voltage control device.

【図9】従来の界磁電流の通電経路の説明図である。FIG. 9 is an explanatory diagram of a conventional energization path of a field current.

【符号の説明】 1、1A 車両用交流発電機 2 電機子巻線 3 整流器 4、5 界磁巻線 6、6A、6B 電圧制御装置 61 パワートランジスタ 62 環流ダイオード 63 LPF(ローパスフィルタ) 64、65、69 電圧比較器 66 環流回路 67、68 スイッチ[Explanation of symbols] 1,1A AC generator for vehicles 2 armature winding 3 rectifier 4, 5 field winding 6, 6A, 6B voltage control device 61 Power transistor 62 freewheeling diode 63 LPF (low pass filter) 64, 65, 69 voltage comparator 66 circulation circuit 67, 68 switch

フロントページの続き Fターム(参考) 5H590 AA01 AA03 AB01 CA07 CA23 CC01 CC18 CC24 CC28 CC34 CD01 CE05 DD25 DD77 EA07 EA13 EB02 EB21 FA06 FB01 FC17 FC21 FC22 FC23 FC26 GA02 GA06 HA02 HA05 JA19 JB06 JB09 JB15 Continued front page    F-term (reference) 5H590 AA01 AA03 AB01 CA07 CA23                       CC01 CC18 CC24 CC28 CC34                       CD01 CE05 DD25 DD77 EA07                       EA13 EB02 EB21 FA06 FB01                       FC17 FC21 FC22 FC23 FC26                       GA02 GA06 HA02 HA05 JA19                       JB06 JB09 JB15

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の界磁極を備えた回転子と、 前記界磁極を磁化させる第1の界磁巻線と、 前記第1の界磁巻線の時定数よりも短い時定数を有し、
前記界磁極を磁化させる第2の界磁巻線と、 前記回転子により発生する回転磁界によって交流電圧を
誘起する電機子と、 前記電機子の交流出力を直流に変換する整流器と、 前記第1および第2の界磁巻線に通電する界磁電流を調
整することにより出力電圧を制御する制御装置と、 前記第1および第2の界磁巻線と並列に接続されてお
り、前記制御装置の制御によって前記界磁電流の供給が
遮断されたときに、前記界磁電流を環流させる環流回路
と、 を備えることを特徴とする車両用交流発電機。
1. A rotor having a plurality of field poles, a first field winding for magnetizing the field pole, and a time constant shorter than a time constant of the first field winding. ,
A second field winding for magnetizing the field pole; an armature for inducing an AC voltage by a rotating magnetic field generated by the rotor; a rectifier for converting an AC output of the armature into a DC; And a control device for controlling the output voltage by adjusting the field current flowing through the second field winding, and the control device connected in parallel with the first and second field windings. A recirculation circuit that circulates the field current when the supply of the field current is cut off by the control of 1. The vehicle AC generator.
【請求項2】 請求項1において、 前記環流回路は、1つのダイオードで構成された第1の
回路と、前記界磁電流の減衰を促進する素子を備えた第
2の回路を有し、 前記第1および第2の回路を切り替える切替手段をさら
に備えており、 前記制御装置は、前記整流器の出力電圧が基準値を超え
たときに前記切替手段を切り替えて前記第2の回路を選
択し、超えないときに前記第1の回路を選択することを
特徴とする車両用交流発電機。
2. The recirculation circuit according to claim 1, further comprising: a first circuit including one diode, and a second circuit including an element that promotes attenuation of the field current. The control device further includes switching means for switching between the first and second circuits, and the control device switches the switching means to select the second circuit when the output voltage of the rectifier exceeds a reference value, An alternator for a vehicle, wherein the first circuit is selected when it does not exceed.
【請求項3】 請求項2において、 前記第2の回路は、複数のダイオードを直列に接続する
ことにより構成されることを特徴とする車両用交流発電
機。
3. The vehicle alternator according to claim 2, wherein the second circuit is configured by connecting a plurality of diodes in series.
【請求項4】 請求項2または3において、 前記整流器に含まれる整流素子はツェナーダイオードで
あり、 前記制御装置は、前記ツェナーダイオードの逆方向降伏
電圧より小さな前記基準値を超えたときに、前記第2の
回路を選択することを特徴とする車両用交流発電機。
4. The rectifying element included in the rectifier according to claim 2 or 3, wherein the rectifying element is a Zener diode, and the control device is configured to operate when the reference value smaller than a reverse breakdown voltage of the Zener diode is exceeded. An alternator for a vehicle, wherein the second circuit is selected.
【請求項5】 請求項2〜4のいずれかにおいて、 前記制御装置は、前記第1の回路から前記第2の回路へ
の切り替えを、前記第1および第2の界磁巻線を含む閉
回路を形成した状態で行うことを特徴とする車両用交流
発電機。
5. The control device according to claim 2, wherein the control device closes the switching from the first circuit to the second circuit by including the first and second field windings. An alternator for vehicles, characterized in that the operation is carried out with the circuit formed.
【請求項6】 請求項1において、 前記第1および第2の界磁巻線は、同軸配置されている
ことを特徴とする車両用交流発電機。
6. The vehicle alternator according to claim 1, wherein the first and second field windings are coaxially arranged.
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