JP2012228033A - 車両用発電機 - Google Patents

Abstract

【課題】ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせるとともに、発電停止状態の誤検出による誤動作を防止することができる車両用発電機を提供すること。
【解決手段】車両用発電機１は、界磁巻線１０２と、電機子巻線１０１と、ブリッジ回路１０３と、相電圧に基づいて回転の有無を検出する回転検出回路２０５と、回転検出時に出力電圧を調整電圧に維持する励磁電流制御回路２１３と、出力電圧がしきい値電圧Ｖ２を超えたときに過電圧を検出する過電圧検出回路２１４、１０５と、過電圧非検出時にＭＯＳトランジスタをオンオフ制御するとともに過電圧検出時にＭＯＳトランジスタを連続的にオンするブリッジ制御回路１０４と、過電圧非検出時に回転検出回路２０５の出力信号を励磁電流制御回路２１３に向けて出力し、過電圧検出時にその時点での回転検出回路２０５の回転検出内容を維持する信号を励磁電流制御回路２１３に向けて出力する回転出力維持回路２０６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機に関する。

車両用発電機は、出力端子に接続された充電線を介してバッテリや各種の電気負荷に充電電力や動作電力を供給している。この車両用発電機の発電動作時に出力端子やバッテリ端子が外れると、ロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。このとき発生する電圧は、出力電流等にもよるが場合によっては１００Ｖ以上に達することがある。このようにして発生する高電圧は、電気負荷や車両用発電機内の各種素子の破損の原因になるため、何らかの対策が必要になる。このような対策を行う従来技術としては、例えば車両用発電機のブリッジ回路のローサイド素子をＭＯＳトランジスタで構成し、ロードダンプ発生時に車両用発電機の出力電圧が基準電圧を超えたときにこれらのＭＯＳトランジスタをオンすることにより、高電圧の発生を抑制する保護動作を行うようにした車両用発電装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電装置では、ブリッジ回路のローサイド素子としての各ＭＯＳトランジスタをオンすることで出力電圧が再び基準電圧以下になると、各ＭＯＳトランジスタは再びオフされ、ブリッジ回路による通常の整流動作が再開されるようになっている。

特開平９−２１９９３８号公報（第５−９頁、図１−１４）

ところで、特許文献１に開示された車両用発電装置では、相電圧が基準電圧を超えたときにローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタが整流動作の周期に比べて高速にオン／オフされるため、Ｇパルス電圧のエネルギーが十分消耗するまでに時間がかかり、高電圧の発生を迅速に終わらせることができなかった。高電圧の発生を短時間に終わらせるためには、相電圧が基準電圧を超えたときにローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタを継続的にオンすればよいと考えられる。しかし、車両用発電制御装置（レギュレータ）の中には、相電圧が所定のしきい値電圧を超える周波数に基づいて発電開始を検出して制御動作を開始したり、この検出ができなかったときに異常を通知する警報動作等を行うものがあり、ローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタをオフする時間が長くなると、実際には車両用発電機が回転しているにもかかわらず相電圧が所定のしきい値電圧よりも低い状態が継続されるため、発電停止状態に至ったものとして誤検出するおそれがある。この場合に、発電開始に備えて初期励磁電流を界磁巻線に供給するように車両用発電制御装置が制御動作を行うと、無駄に励磁電流を流すとともに、ローサイド素子としてのＭＯＳトランジスタを通して流れる相電流が増加することになるため、発電効率や発熱の観点から望ましくない。また、発電停止状態を誤検出して車両用発電制御装置が誤った警報動作を行うと、運転者が混乱したり、この警報動作に伴って外部制御装置等に誤った信号が出力されることになるため、やはり好ましくはない。

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、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせるとともに、発電停止状態の誤検出による誤動作を防止することができる車両用発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電機は、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する電機子巻線を有する固定子と、電機子巻線の出力端に接続され、バッテリの高電位端子および低電位端子の少なくとも一方と出力端との間に接続されたスイッチング素子を有し、電機子巻線で発生した電圧を整流するブリッジ回路と、電機子巻線の相電圧に基づいて回転子の回転の有無を検出する回転検出回路と、回転検出回路によって回転子の回転が検出されたときに、界磁巻線に流れる界磁電流を制御してブリッジ回路の出力電圧を第１の電圧値に維持する第１の制御回路と、ブリッジ回路の出力電圧が第１の電圧値よりも高い第２の電圧値を超えたときに過電圧を検出する過電圧検出回路と、過電圧検出回路によって過電圧が検出されないときにスイッチング素子をオンオフ制御するとともに、過電圧検出回路によって過電圧が検出されたときにスイッチング素子を連続的にオンする第２の制御回路と、過電圧検出回路によって過電圧が検出されていないときに、回転検出回路の出力信号を第１の制御回路に向けて出力するとともに、過電圧検出回路によって過電圧が検出されたときに、その時点で回転検出回路から第１の制御回路に入力される回転検出内容を維持する信号を第１の制御回路に向けて出力する回転出力維持回路とを備えている。

第２の制御回路によってスイッチング素子を連続的にオンすることよりロードダンプ時に発生する高電圧を速やかに終わらせることができる。また、スイッチング素子をオンすることにより電機子巻線の相電圧に基づく回転検出ができなくなるが、この場合であっても、過電圧発生時の回転検出内容が維持されるため、実際に回転中の回転子の回転が停止したものとする発電停止状態の誤検出が発生せず、この誤検出に伴う初期励磁電流の供給等の誤動作を防止することができる。

また、上述した回転出力維持回路は、回転検出内容を所定時間維持することが望ましい。これにより、過電圧発生から所定時間経過までの間の誤動作を確実に防止することができる。

また、上述した所定時間は、過電圧が解消するまでの時間であることが望ましい。これにより、過電圧発生後から過電圧解消までの間の誤動作を確実に防止することができる。

また、上述した過電圧検出回路は、ブリッジ回路の出力電圧が第２の電圧値を超えてから、第２の電圧値よりも低く第１の電圧値よりも高い第３の電圧値より低くなるまでを、過電圧として検出することが望ましい。これにより、電機子巻線で発生する電圧が第２の電圧値近傍で変化したときの動作を安定させることができる。

また、上述した回転出力維持手段の出力に応じて回転状態あるいは非回転状態を示す信号を外部装置に向けて送信する通信回路をさらに備えることが望ましい。これにより、過電圧発生に伴って電機子巻線の相電圧に基づく回転検出ができなくなった場合であっても、それまでの回転状態を示す信号を継続的に外部装置に向けて送信することができる。

また、上述した過電圧検出回路は、第２の制御回路に対応して過電圧を検出する第１の過電圧検出手段と、回転出力維持回路に対応して過電圧を検出する第２の過電圧検出手段とを別々に備えており、第１および第２の電圧検出手段のそれぞれにおける検出に用いられる第２の電圧値は同一の値を有することが望ましい。これにより、一方の過電圧検出手段が故障した場合であっても他方の過電圧検出手段の検出結果を用いた動作を継続することが可能となる。

また、上述した過電圧検出回路は、第２の制御回路に対応して過電圧を検出する第１の過電圧検出手段と、回転出力維持回路に対応して過電圧を検出する第２の過電圧検出手段のいずれか一方を備えており、この備わった第１および第２の電圧検出手段のいずれか一方の検出結果を第２の制御回路と回転出力維持回路の両方で使用することが望ましい。これにより、構成の簡略化によるコスト低減が可能となる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。 回転停止時における励磁電流制御回路の動作と回転停止警報信号の有無を示す動作タイミング図である。 ロードダンプ発生時の車両用発電機の出力電圧の波形を示す図である。 ロードダンプ発生時のブリッジ制御回路による過電圧保護動作を示す動作タイミング図である。 ロードダンプ発生時における励磁電流制御回路の動作と回転停止警報信号の有無を示す動作タイミング図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。

図１は、一実施形態の車両用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発電機１は、電機子巻線１０１、界磁巻線１０２、ブリッジ回路１０３、ブリッジ制御回路１０４、過電圧検出回路１０５、発電制御装置２を含んで構成されている。この車両用発電機１は、エンジンによりベルトおよびプーリを介して駆動されている。界磁巻線１０２は、通電されて磁界を発生する。この界磁巻線１０２は、界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成しており、この回転子の界磁極を磁化させる。電機子巻線１０１は、多相巻線（例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相からなる三相巻線）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。この電機子巻線１０１は、界磁巻線１０２の発生する回転磁界によって起電力（交流電圧）を発生する。電機子巻線１０１に誘起される交流電圧がブリッジ回路１０３に印加される。ブリッジ回路１０３は、上アーム素子（ハイサイド）および下アーム素子（ローサイド）のそれぞれがスイッチング素子としてのＭＯＳトランジスタによって構成された三相ブリッジ回路であり、電機子巻線１０１で発生した交流電圧を三相全波整流する。ブリッジ回路１０３の出力が、車両用発電機１の出力として外部に取り出され、バッテリ３や電気負荷４に供給される。

ブリッジ制御回路１０４は、ＵＶＷの各相に対応する上アーム素子および下アーム素子としての２つのＭＯＳトランジスタを交互にオンオフするとともに、各相をオンオフする位相を１２０°交互にずらすことにより、ブリッジ回路１０３に三相全波整流を行わせる制御を行う。例えば、バッテリ３の高電位端子（プラス端子）に接続される３つのＭＯＳトランジスタについては、それぞれに対応する相巻線の端部に現れる電位がこの高電位端子の電位よりも高くなるタイミングでオンする制御が行われる。また、バッテリ３の低電位端子（マイナス端子）に接続される３つのＭＯＳトランジスタについては、それぞれに対応する相巻線の端部に現れる電位がこの低電位端子の電位よりも低くなるタイミングでオンする制御が行われる。

過電圧検出回路１０５は、ブリッジ回路１０３の出力電圧に基づいて過電圧を検出する。過電圧検出回路１０５によって過電圧が検出されると、ブリッジ制御回路１０４によるロードダンプ対策が実施されて、ブリッジ回路１０３の低電位端子側の３つのＭＯＳトランジスタが連続的にオンされる。上述した過電圧は、車両用発電機１の出力端子やバッテリ４の高電位端子において充電線が外れたときに発生する。過電圧発生時に低電位端子側の３つのＭＯＳトランジスタを同時かつ連続的にオンすることにより、電機子巻線１０１のエネルギーを、低電位端子側に接続されたグランド端子Ｅに流して消費することが可能となる。

車両用発電機１の出力（電圧、電流）は、回転子の回転数や界磁巻線１０２に流れる界磁電流の通電量に応じて変化し、その界磁電流は発電制御装置２によって制御される。発電制御装置２は、車両用発電機１の回転を開始し、回転子が回転しているときに、界磁巻線１０２に流れる界磁電流を制御して、車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）の電圧（ブリッジ回路１０３の出力電圧）を所定の調整電圧Ｖ１に維持する。一方、回転子が非回転状態のときには、発電制御装置２は、界磁巻線１０２に所定の初期励磁電流（発電を開始するために必要な励磁電流であって、例えば２Ａ程度）を供給する制御を行う。

次に、発電制御装置２の詳細構成および動作について説明する。図１に示すように、発電制御装置２は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１、環流ダイオード２０２、分圧回路２０３、２１１、電圧比較器２０４、２１２、回転検出回路２０５、回転出力維持回路２０６、調整電圧設定回路２１０、励磁電流制御回路２１３、過電圧検出回路２１４、通信回路２１５、電源回路２１６を備えている。

ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１は、界磁巻線１０２に直列に接続されており、オン状態のときに界磁巻線１０２に励磁電流が流れる。環流ダイオード２０２は、界磁巻線１０２に並列に接続されており、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。

分圧回路２０３は、複数の抵抗によって構成されており、電源回路２１６によって生成される動作電圧を分圧して回転検出に必要な基準電圧を生成する。電圧比較器２０４は、分圧回路２０３によって生成された基準電圧がマイナス端子に入力され、電機子巻線１０１のいずれかの相の相電圧がプラス端子に入力されており、基準電圧と相電圧とを比較して相電圧の方が基準電圧よりも高いときにハイレベル、低いときにローレベルの信号を出力する。すなわち、電圧比較器２０４からは、回転子が回転を開始して相電圧の振幅が基準値を超えると、回転数に応じた周期でハイレベルとローレベルが交互に現れる信号が出力され、それ以外（非回転状態）のときにはローレベルに固定された信号が出力される。

回転検出回路２０５は、電圧比較器２０４の出力信号に基づいて回転子の回転の有無を検出する。具体的には、回転検出回路２０５は、電圧比較器２０４からハイレベルとローレベルが交互に現れる信号が出力されると回転子が回転状態にあると判定してハイレベルの信号を出力し、電圧比較器２０４からローレベルに固定された信号が出力されると回転子が非回転状態にあると判定してローレベルの信号を出力する。

過電圧検出回路２１４は、ブリッジ回路１０３の出力電圧に基づいて過電圧を検出する。過電圧の検出に対応してハイレベルの信号が出力され、過電圧が検出されていないときにはローレベルの信号が出力される。過電圧検出用に用いられるしきい値電圧Ｖ２は、調整電圧Ｖ１よりも高い値に設定される。例えば、調整電圧Ｖ１が１４Ｖに、しきい値電圧Ｖ２が２４Ｖに設定されている。また、このしきい値電圧Ｖ２とブリッジ回路１０３の出力電圧が２４Ｖ近傍で変化すると、過電圧状態の検出と解除が頻繁に繰り返されることになるため、ブリッジ回路１０３の出力電圧が上昇していってしきい値電圧Ｖ２を超えたときに過電圧状態を検出した後は、このしきい値電圧Ｖ２よりも低く調整電圧Ｖ１よりも高いしきい値電圧Ｖ２よりもブリッジ回路１０３の出力電圧が低くなるまでは過電圧状態を解除しないようにしてもよい。これにより、ブリッジ回路１０３の出力電圧がしきい値電圧Ｖ２近傍で変化したときの動作を安定させることができる。

なお、上述した調整電圧Ｖ１が第１の電圧値に、しきい値電圧Ｖ２が第２の電圧値に、しきい値電圧Ｖ３が第３の電圧値にそれぞれ対応する。また、過電圧検出回路２１４において過電圧状態の検出に用いられるしきい値電圧Ｖ２、Ｖ３は、同じ値が過電圧検出回路１０５における過電圧状態の検出に用いられている。

回転出力維持回路２０６は、過電圧検出回路２１４によって過電圧が検出されていないときに、回転検出回路２０５の出力信号を励磁電流制御回路２１３に向けて出力するとともに、過電圧検出回路２０５によって過電圧が検出されたときに、その時点（あるいは直前の時点）で回転検出回路２０５から励磁電流制御回路２１３に入力されていた回転検出回路２０５の出力（回転検出内容）を維持する信号を励磁電流制御回路２１３に向けて出力する。

この回転出力維持回路２０６は、遅延回路２０７、アンド回路２０８、オア回路２０９を含んでいる。遅延回路２０７は、回転検出回路２０５から出力される信号を所定時間遅延して出力する。この出力を遅らせる時間が、回転出力維持回路２０６において回転検出回路２０５の出力（回転検出内容）を維持する時間となる。この遅延時間（所定時間）は、ロードダンプ発生時の過電圧が解消する時間（この時間は、例えば実際に様々な原因を想定したロードダンプを発生させて測定することができる）よりも長く設定することが望ましい。アンド回路２０８は、遅延回路２０７の出力信号と、過電圧検出回路２１４の出力信号とが入力されており、これらの信号の論理積信号を出力する。過電圧状態になって過電圧検出回路２１４の出力がハイレベルになると、アンド回路２０８からは、回転検出回路２０５の出力信号を遅延回路２０７によって所定時間遅延させた信号が出力される。オア回路２０９は、アンド回路２０８の出力信号と、回転検出回路２０５の出力信号とが入力されており、これらの信号の論理和信号を出力する。過電圧状態でない場合には、アンド回路２０８の出力がローレベルを維持するために、オア回路２０９からは、回転検出回路２０５から入力される信号がそのまま出力される。一方、過電圧状態の場合には、回転検出回路２０５の出力と、アンド回路２０８の出力（回転検出回路２０５の出力を遅延回路２０７で所定時間遅延させた信号）との論理和信号が出力される。

調整電圧設定回路２１０は、調整電圧Ｖ１に相当する電圧を設定する。分圧回路２１１は、複数の抵抗によって構成されており、車両用発電機１の出力電圧（ブリッジ回路１０３の出力電圧）を分圧して、発電電圧に相当する電圧を出力する。電圧比較器２１２は、分圧回路２１１によって分圧された電圧がマイナス端子に入力され、調整電圧設定回路２１０によって生成された調整電圧Ｖ１に相当する電圧がプラス端子に入力されており、発電電圧に相当する電圧の方が低いとき（発電電圧の方が調整電圧Ｖ１よりも低いとき）にハイレベルの信号を出力する。

励磁電流制御回路２１３は、電圧比較器２１２の出力信号と、回転出力維持回路２０６内のオア回路２０９の出力信号とが入力されており、これらの信号に基づいてＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフ制御することにより界磁巻線１０２に流れる界磁電流を制御して、車両用発電機１の出力電圧（ブリッジ回路１０３の出力電圧）を調整電圧Ｖ１に維持する制御を行う。具体的には、この出力電圧を調整電圧Ｖ１に維持する制御は、回転子が回転しているとき（回転出力維持回路２０６からハイレベルの信号が出力されているとき）に行われる。このときには、電圧比較器２１２の出力がハイレベル（出力電圧の方が調整電圧Ｖ１よりも低い）になると、励磁電流制御回路２１３は、出力電圧を上昇させるために必要な駆動デューティ（通電率）でＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフ制御する。反対に、電圧比較器２１２の出力がローレベル（出力電圧の方が調整電圧Ｖ１よりも高い）になると、励磁電流制御回路２１３は、出力電圧を低下させるために必要な駆動デューティでＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフ制御する。また、回転子が非回転状態のとき（回転出力維持回路２０６からローレベルの信号が出力されているとき）には、励磁電流制御回路２１３は、界磁巻線１０２に所定の初期励磁電流を供給するために必要な駆動デューティでＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフ制御する。

通信回路２１５は、通信端子Ｃを介して外部装置としてのＥＣＵ（例えば、エンジン制御を行う電子制御装置）５との間で各種情報の送受信を行う。例えば、ＥＣＵ５からは調整電圧Ｖ１を指定する情報が送られてくる。通信回路２１５は、この情報を受信して調整電圧Ｖ１を指定する信号を調整電圧設定回路２１０に入力する。調整電圧設定回路２１０は、この入力される信号に基づいて調整電圧Ｖ１を設定する。これにより、ＥＣＵ５からの指示に応じて調整電圧Ｖ１を任意の値に設定することが可能となる。

また、通信回路２１５には、回転出力維持回路２０６、励磁電流制御回路２１３、過電圧検出回路２１４のそれぞれから出力される信号が入力されている。回転出力維持回路２０６から入力される信号（オア回路２０９の出力信号）は、回転／非回転状態を示している。励磁電流制御回路２１３から入力される信号は、ＭＯＳ−ＦＥＴ２０１の駆動デューティを示している。過電圧検出回路２１４から入力される信号は、過電圧検出の有無（過電圧状態にあるか否か）を示している。通信回路２１５は、正常な回転時（発電時）にはＭＯＳ−ＦＥＴ２０１の駆動デューティを示す信号を、回転時であって過電圧状態のときにはその旨を示す過電圧警報信号を、非回転時にはその旨を示す回転停止警報信号をＥＣＵ５に向けて送信する。電源回路２１６は、発電制御装置２内の各構成の動作に必要な動作電圧を生成する。

上述した励磁電流制御回路２１３、調整電圧設定回路２１０、分圧回路２１１、電圧比較器２１２が第１の制御回路に、ブリッジ制御回路１０４が第２の制御回路に、過電圧検出回路１０５が第１の過電圧検出手段に、過電圧検出回路２１４が第２の過電圧検出回路にそれぞれ対応する。

本実施形態の車両用発電機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。

（回転停止時の動作）
図２は、回転停止時における励磁電流制御回路２１３の動作と回転停止警報信号の有無を示す動作タイミング図である。図２において（後述する図５についても同様）、「Ｖ３」は電機子巻線１０１のいずれかの相（例えばＷ相）の相電圧を、「回転検出回路出力」は回転検出回路２０５の出力信号を、「遅延回路出力」は遅延回路２０７の出力信号を、「過電圧検出回路出力」は過電圧検出回路２１４の出力信号を、「アンド回路出力」はアンド回路２０８の出力信号を、「オア回路出力」はオア回路２０９の出力信号をそれぞれ示している。また、「励磁電流制御回路の状態」は励磁電流制御回路２１３における制御内容であって、「調整電圧制御」は車両用発電機１の出力電圧を調整電圧Ｖ１に維持するためにＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフする制御動作を、「初期励磁制御」は低い一定の駆動デューティでＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフする制御動作をそれぞれ示している。また、「警報出力の状態」は通信回路２１５からＥＣＵ５に向けて送信される回転停止警報信号の有無を示している。

回転時には、回転検出回路２０５は、相電圧Ｖ３に同期した電圧比較器２０４の出力の周期的な変化に基づいて回転子の回転を検出し、ハイレベルの信号を出力する。この信号は、オア回路２０９を介して励磁電流制御回路２１３に入力されるため、励磁電流制御回路２１３は、回転時に車両用発電機１の出力電圧を調整電圧Ｖ１に維持する制御を行う。また、オア回路２０９のハイレベルの出力信号は通信回路２１５にも入力されており、このハイレベルの信号が入力された通信回路２１５からは回転停止警報信号の送信は行われない。

一方、回転状態から回転停止状態に移行すると、回転検出回路２０５の出力は直ちにハイレベルからローレベルに変化する。過電圧状態でない場合を考えると、このとき、過電圧検出回路２１４の出力はローレベルであり、アンド回路２０８の出力もローレベルとなる。したがって、回転検出回路２０５の出力がハイレベルからローレベルに変化すると、同時に、オア回路２０９の出力もハイレベルからローレベルに変化する。これにより、励磁電流制御回路２１３は、初期励磁制御に移行し、低い一定の駆動デューティでＭＯＳ−ＦＥＴ２０１をオンオフする制御を行う。また、オア回路２０９のローレベルの出力信号は通信回路２１５にも入力されており、このローレベルの信号が入力されると、通信回路２１５からＥＣＵ５に向けて回転停止警報信号の送信が行われる。

（過電圧発生時の動作）
通常の発電動作時（回転時）に、例えば車両用発電機１の出力端子に接続された充電線が外れて、それまでバッテリ３や電気負荷４に供給されていた電流が急に遮断された場合には、車両用発電機１の出力端子にロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。

図３は、ロードダンプ発生時の車両用発電機１の出力電圧の波形を示す図である。通常の発電動作時には、車両用発電機１の出力電圧は調整電圧Ｖ１（１４Ｖ）に維持されており、ロードダンプ発生時に出力電圧が急激に上昇する。図３において、点線で示された波形はロードダンプ対策がなされていない場合の出力電圧変化を示している。本実施形態では、ロードダンプ発生時の高電圧が過電圧検出回路２１４によって検出され、ブリッジ制御回路１０４によるロードダンプ対策が実施されるため、実線の波形で示すようにこの高電圧の程度が抑制される。これにより、発電制御装置２やブリッジ回路１０３等を構成する各素子が過電圧による故障から保護されるようになっている。

図４は、ロードダンプ発生時のブリッジ制御回路１０４による過電圧保護動作を示す動作タイミング図である。図４において、「Ｖ１〜Ｖ３」は電機子巻線１０１の各相の相電圧を、「ブリッジ制御回路出力Ｌ１〜Ｌ３」はブリッジ制御回路１０４から下アーム素子としての３つのＭＯＳトランジスタのそれぞれのゲートに入力される信号（Ｖ１とＬ１、Ｖ２とＬ２、Ｖ３とＬ３がそれぞれ対応している）をそれぞれ示している。

ロードダンプ発生時に出力電圧が急激に上昇して、車両用発電機１の出力電圧がしきい値電圧Ｖ２（２４Ｖ）を超えると、ブリッジ制御回路１０４は、それまで下アーム素子としての各ＭＯＳトランジスタをオンオフしていた信号に代えて、これらの各ＭＯＳトランジスタを同時かつ連続的にオンする信号を出力する過電圧保護動作に移行する。なお、このとき上アーム素子としての各ＭＯＳトランジスタは同時かつ連続的にオフされる。

これにより、電機子巻線１０１に発生した起電力はアース端子を介して流れて消費され、出力電圧をＶ２から速やかに低下させることができる。そして、出力電圧がＶ３まで低下したときに過電圧保護動作が終了し、通常の発電動作に復帰する。

図５は、ロードダンプ発生時における励磁電流制御回路２１３の動作と回転停止警報信号の有無を示す動作タイミング図である。

ロードダンプ発生時にはブリッジ制御回路１０４によってブリッジ回路１０３の下アーム素子としての各ＭＯＳトランジスタがオフされるため、相電圧Ｖ３に同期した電圧比較器２０４の出力がローレベルに固定される。このため、回転検出回路２０５の出力は、ハイレベルからローレベルに変化するが、遅延回路２０７の出力は、直ちにローレベルには変化せず、所定時間ハイレベルを維持する。また、ロードダンプ発生時には、過電圧検出回路２１４の出力がハイレベルになる。したがって、遅延回路２０７と過電圧検出回路２１４の各出力が入力されるアンド回路２０８からはハイレベルの信号が出力され、このハイレベルの信号がオア回路２０９を介して励磁電流制御回路２１３に入力される。このため、励磁電流制御回路２１３は、回転検出回路２０５によって回転状態を検出していないにもかかわらず、車両用発電機１の出力電圧を調整電圧Ｖ１に維持する制御を行う。また、オア回路２０９のハイレベルの出力信号は通信回路２１５にも入力されており、このハイレベルの信号が入力された通信回路２１５からは回転停止警報信号の送信は行われない。

所定時間以内にロードダンプ発生時の高電圧が解消されると、ブリッジ制御回路１０４によるブリッジ回路１０３の通常の制御が再開されるため、回転検出回路２０５の出力がローレベルからハイレベルになり、この回転検出回路２０５のハイレベルの信号がオア回路２０９を介して励磁電流制御回路２１３に入力される。このため、励磁電流制御回路２１３は、車両用発電機１の出力電圧を調整電圧Ｖ１に維持する制御を継続する。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、ブリッジ制御回路１０４によってブリッジ回路１０３の下アーム素子としての各ＭＯＳトランジスタを連続的にオンすることよりロードダンプ時に発生する高電圧を速やかに終わらせることができる。また、各ＭＯＳトランジスタを連続的にオンすることにより電機子巻線１０１の相電圧に基づく回転検出ができなくなるが、この場合であっても、過電圧発生時の回転検出内容が回転出力維持回路２０６によって維持されるため、実際に回転中の回転子の回転が停止したものとする発電停止状態の誤検出が発生せず、この誤検出に伴う初期励磁電流の供給等の誤動作を防止することができる。

また、回転出力維持回路２０６によって過電圧発生時の回転検出内容を所定時間維持することにより、過電圧発生から所定時間経過までの間の誤動作を確実に防止することができる。また、この所定時間を過電圧が解消するまでの時間とすることにより、過電圧発生後から過電圧解消までの間の誤動作を確実に防止することができる。

また、過電圧検出回路２１４は、車両用発電機１の出力電圧（ブリッジ回路１０３の出力電圧）がしきい値電圧Ｖ２を超えてから、この電圧Ｖ２よりも低く調整電圧Ｖ１よりも高いしきい値電圧Ｖ３より低くなるまでを過電圧として検出しており、このように過電圧検出の電圧にヒステリシスを持たせることにより、電機子巻線１０１で発生する電圧がしきい値電圧Ｖ２近傍で変化したときの動作を安定させることができる。

また、回転出力維持回路２０６の出力に応じて回転状態あるいは非回転状態を示す信号を通信回路２１５から外部のＥＣＵ５に向けて送信しているため、過電圧発生に伴って電機子巻線１０１の相電圧に基づく回転検出ができなくなった場合であっても、それまでの回転状態を示す信号を継続的にＥＣＵ５に向けて送信することができる。

また、ブリッジ制御回路１０４に対応して過電圧を検出する過電圧検出回路１０５と、回転出力維持回路２０６に対応して過電圧を検出する過電圧検出回路２１４とを別々に備えており、これら２つの過電圧検出回路１０５、２１４のそれぞれにおいて過電圧検出に用いられるしきい値電圧Ｖ２、Ｖ３を同一の値としている。これにより、一方の過電圧検出回路が故障した場合であっても他方の過電圧検出回路の検出結果を用いた動作を継続することが可能となる。

なお、本発明は上記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において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、過電圧検出回路１０５と過電圧検出回路２１４とを別々に備えたが、いずれか一方のみを備えて過電圧検出を行い、この検出結果をブリッジ制御回路１０４と回転出力維持回路２０６の両方で用いるようにしてもよい。これにより、構成の簡略化によるコスト低減が可能となる。

また、上述した実施形態では、ブリッジ制御回路１０４の外部に過電圧検出回路１０５を備えるようにしたが、過電圧検出回路１０５をブリッジ制御回路１０４に内蔵するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、上アーム素子と下アーム素子の両方をＭＯＳトランジスタによって構成したが、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いるようにしてもよい。また、ロードダンプ時の高電圧抑制に着目した場合には、上アーム素子をスイッチング素子以外の整流素子（例えばダイオード）で構成するようにしてもよい。

上述したように、本発明によれば、ブリッジ制御回路１０４によってブリッジ回路１０３の下アーム素子としての各ＭＯＳトランジスタを連続的にオンすることよりロードダンプ時に発生する高電圧を速やかに終わらせることができる。また、各ＭＯＳトランジスタを連続的にオンすることにより電機子巻線１０１の相電圧に基づく回転検出ができなくなるが、この場合であっても、過電圧発生時の回転検出内容が回転出力維持回路２０６によって維持されるため、実際に回転中の回転子の回転が停止したものとする発電停止状態の誤検出が発生せず、この誤検出に伴う初期励磁電流の供給等の誤動作を防止することができる。

１ 車両用発電機
２ 発電制御装置
３ バッテリ
４ 電気負荷
１０１ 電機子巻線
１０２ 界磁巻線
１０３ ブリッジ回路
１０４ ブリッジ制御回路
１０５、２１４ 過電圧検出回路
２０１ ＭＯＳ−ＦＥＴ
２０２ 環流ダイオード
２０３、２１１ 分圧回路
２０４、２１２ 電圧比較器
２０５ 回転検出回路
２０６ 回転出力維持回路
２０７ 遅延回路
２０８ アンド回路
２０９ オア回路
２１０ 調整電圧設定回路
２１３ 励磁電流制御回路
２１５ 通信回路
２１６ 電源回路

Claims (7)

1. 回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、
   前記界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する電機子巻線を有する固定子と、
   前記電機子巻線の出力端に接続され、バッテリの高電位端子および低電位端子の少なくとも一方と前記出力端との間に接続されたスイッチング素子を有し、前記電機子巻線で発生した電圧を整流するブリッジ回路と、
   前記電機子巻線の相電圧に基づいて前記回転子の回転の有無を検出する回転検出回路と、
   前記回転検出回路によって前記回転子の回転が検出されたときに、前記界磁巻線に流れる界磁電流を制御して前記ブリッジ回路の出力電圧を第１の電圧値に維持する第１の制御回路と、
   前記ブリッジ回路の出力電圧が前記第１の電圧値よりも高い第２の電圧値を超えたときに過電圧を検出する過電圧検出回路と、
   前記過電圧検出回路によって前記過電圧が検出されないときに前記スイッチング素子をオンオフ制御するとともに、前記過電圧検出回路によって前記過電圧が検出されたときに前記スイッチング素子を連続的にオンする第２の制御回路と、
   前記過電圧検出回路によって前記過電圧が検出されていないときに、前記回転検出回路の出力信号を前記第１の制御回路に向けて出力するとともに、前記過電圧検出回路によって前記過電圧が検出されたときに、その時点で前記回転検出回路から前記第１の制御回路に入力される回転検出内容を維持する信号を前記第１の制御回路に向けて出力する回転出力維持回路と、
   を備えることを特徴とする車両用発電機。
2. 請求項１において、
   前記回転出力維持回路は、前記回転検出内容を所定時間維持することを特徴とする車両用発電機。
3. 請求項２において、
   前記所定時間は、前記過電圧が解消するまでの時間であることを特徴とする車両用発電機。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
   前記過電圧検出回路は、前記ブリッジ回路の出力電圧が前記第２の電圧値を超えてから、前記第２の電圧値よりも低く前記第１の電圧値よりも高い第３の電圧値より低くなるまでを、前記過電圧として検出することを特徴とする車両用発電機。
5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
   前記回転出力維持手段の出力に応じて回転状態あるいは非回転状態を示す信号を外部装置に向けて送信する通信回路をさらに備えることを特徴とする車両用発電機。
6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記過電圧検出回路は、前記第２の制御回路に対応して前記過電圧を検出する第１の過電圧検出手段と、前記回転出力維持回路に対応して前記過電圧を検出する第２の過電圧検出手段とを別々に備えており、前記第１および第２の電圧検出手段のそれぞれにおける検出に用いられる前記第２の電圧値は同一の値を有することを特徴とする車両用発電機。
7. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
   前記過電圧検出回路は、前記第２の制御回路に対応して前記過電圧を検出する第１の過電圧検出手段と、前記回転出力維持回路に対応して前記過電圧を検出する第２の過電圧検出手段のいずれか一方を備えており、この備わった前記第１および第２の電圧検出手段のいずれか一方の検出結果を前記第２の制御回路と前記回転出力維持回路の両方で使用することを特徴とする車両用発電機。

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