JP2636351B2 - 車両用発電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は自動車等の車両に搭載され、バッテリの充
電及び各電気機器への電力供給を行う発電装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 従来、この種の発電装置として、常用電圧（例えば14
V）とそれよりも高い高電圧（例えば60V）とを切替えて
発電させることの可能な高電圧対応型の発電装置が知ら
れている。

その一般例を第３図に従って説明すると、この高電圧
対応型の発電装置は、ロータに設けられたロータ巻線41
と、そのロータの回転に伴い交流電圧を発電するステー
タ巻線42と、そのステータ巻線42にて発電した交流電圧
を直流電圧に変換するためにステータ巻線42に設けられ
た整流回路43と、ステータ巻線42にて発電する各相交流
電圧を適性値に調整するためにロータ巻線41に調整電流
を供給する電圧調整回路44とを備え、ステータ巻線42に
は補助巻線45が直列接続されると共に同補助巻線45には
別の整流回路46が設けられている。

そして、バッテリ47を充電したり、ヘッドライト等の
常用電圧負荷48を作動させたりする場合には、スイッチ
49をオンすると共にスイッチ50をオフし、スイッチ52,5
3をオンする。これによって、ステータ巻線42にて発電
され、整流回路43にて整流される常用電圧をバッテリ47
又は常用電圧負荷48に供給するようになっている。

又、高電圧を必要とする解氷用のフロントデフォガ等
の高電圧負荷51を作動させたりする場合には、スイッチ
49をオフすると共にスイッチ50をオンし、スイッチ52を
オンする。これによって、ステータ巻線42及び補助巻線
45にて発電され、別の整流回路46にて整流される高電圧
を高電圧負荷51に供給するようになっている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、前記発電装置では、高電圧負荷51を作動さ
せる必要のないとき、特に前記フロントデフォガにおい
てはそれが不要となる夏場において、補助巻線45が発電
のために全く利用されないばかりか、無駄なスペースを
占めることになった。

又、前記発電装置では、常用電圧発電用のステータ巻
線42に補助巻線45を直列接続するために、ステータ巻線
42に補助巻線45を直列接続する分だけ、発電装置の体格
が確実に大きくなることになった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであっ
て、その目的は、発電用の巻線を常時有効に利用して常
用電圧及び高電圧をそれぞれ発電させ得ると共に、その
ための構成を小型化し得る車両用発電装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］ この発明は上記目的を達成するため、ロータに設けら
れたロータ巻線と、前記ロータの回転に伴い各相交流電
圧を発電するステータ巻線とを含む発電機と、前記ステ
ータ巻線にて発電した各相交流電圧を直流電圧に変換す
る整流回路と、前記ステータ巻線にて発電する各相交流
電圧を適正値に調整するために前記ロータ巻線に調整電
流を供給する電圧調整回路とを備えた車両用発電装置に
おいて、 前記ステータ巻線を複数組設けると共にそれら各組の
ステータ巻線毎に前記整流回路をそれぞれ設け、高電圧
負荷用に高電圧発電を行うために前記各整流回路を直流
接続に、又はバッテリ充電用に低電圧発電を行うために
前記各整流回路を並列接続にそれぞれ切替えるため、オ
ンオフ動作する制御入力付半導体スイッチング素子を含
む直並列切替回路を設け、前記各組のステータ巻線は、
同一ステータに対して巻着されるとともに互いに同一太
さに形成し、高電圧負荷の給電回路への電圧印加に応答
して前記制御入力付半導体スイッチング素子に対して制
御信号を付与し、前記半導体スイッチング素子を作動さ
せて、直並列切替回路を切替えて前記各整流回路を直流
接続にする制御信号付与回路を設け、前記電圧調整回路
は、バッテリ充電電圧と、高電圧負荷の印加電圧とを検
出可能に構成されており、高電圧負荷の給電回路への電
圧非印加時には、バッテリ充電電圧を所定の調整電圧に
調整するように発電機を制御し、高電圧負荷の給電回路
への電圧印加時には、高電圧負荷の印加電圧を高電圧負
荷用の適正電圧に調整するよう発電機を制御することを
特徴とする車両用発電装置をその要旨とする。

［作用］ 上記の構成により、低電圧発電を行うため直並列切替
回路により各整流回路を並列接続に切替えることによ
り、各組のステータ巻線が並列接続となる。そして、各
組のステータ巻線にて発電される。このとき、電圧調整
回路は、バッテリ充電電圧を検出し、バッテリ充電電圧
を所定の調整電圧に調整するように発電機を制御する。
この結果、各整流回路にて直流に変換された電圧は、低
電圧としてバッテリを充電する。

一方、高電圧負荷の給電回路へ電圧が印加されると、
この電圧印加に応答して制御信号付与回路が、制御入力
付半導体スイッチング素子に対して制御信号を付与し、
前記半導体スイッチング素子を作動させて、直並列切替
回路を切替えて前記各整流回路を直流接続にする。この
結果、各組のステータ巻線が直列接続となる。そして、
各組のステータ巻線にて発電される。このとき、電圧調
整回路は、高電圧負荷の印加電圧を検出し、高電圧負荷
の給電回路への電圧印加時には、高電圧負荷の印加電圧
を高電圧負荷用の適正電圧に調整するよう発電機を制御
する。この結果、各整流回路にて直流に変換された電圧
は、高電圧として高電圧負荷に印加する。

このようにして、バッテリ充電電圧である低電圧と、
高電圧負荷用の高電圧とを切替えて、発電させる場合に
おいて、全てのステータ巻線が発電用として常時利用さ
れる。

又、各整流回路を並列接続して、即ち各組のステータ
巻線を並列接続して低電圧をその負荷に供給するように
しているので、各組のステータ巻線をそれぞれ低電圧用
の巻線仕様にする必要がなく、低電圧用の巻線仕様より
も細い仕様により対応することが可能となる。そして、
各組のステータ巻線は、同一ステータに対して巻着され
るとともに互いに同一太さに形成しているため、この結
果、細い巻線仕様でステータ巻線の実質体積を小さく
し、発電装置の体格を小さくする。

［実施例］ 以下、この発明を自動車用発電装置に具体化した一実
施例を図面に基いて詳細に説明する。

第１図はこの実施例の発電装置１とそれに関連するバ
ッテリ２、常用電圧（低電圧）負荷３及び高電圧負荷と
してのフロントウィンドに蒸着した抵抗体４等を示す電
気回路図である。この実施例において、常用電圧負荷３
はヘッドライト等の電気機器であり、バッテリ２と同様
に常用電圧（例えば14V）を供給することにより作動す
る。又、この実施例において、抵抗体４はフロントガラ
スに蒸着された透明なものであり、フロントガラスの着
氷を除去するために、前記常用電圧よりも高い高電圧
（例えば60V）を印加することにより発熱するものであ
る。前記常用電圧はバッテリ充電電圧ともなる。

発電装置１は、３相交流用の２組の第１のステータ巻
線５及び第２のステータ巻線６と、各ステータ巻線5,6
にて発電した各相交流電圧を直流電圧に変換するための
第１の整流回路７及び第２の整流回路８と、各整流回路
7,8を直列接続又は並列接続に切替えるための直並列切
替回路９及び逆流阻止ダイオード10と、各ステータ巻線
5,6にて発電する各相交流電圧を適性値に調整するため
にロータ（図示略）に設けられたロータ巻線12に調整電
流を供給する電圧調整回路11とにより構成されている。
なお、前記第１のステータ巻線５及び第２のステータ巻
線６は、図示しない同一のステータに巻着されており、
同ステータ、第１のステータ巻線５、第２のステータ巻
線６、ロータ、ロータ巻線12とから発電機が構成され
る。

各ステータ巻線5,6はそれぞれＹ結線された３本の巻
線5a〜5c,6a〜6cにより構成されている。前記ステータ
巻線5,は互いに同一太さとされている。

各整流回路7,8はそれぞれ６個のダイオード7a〜7f,8a
〜8fにより３相用ブリッジ回路で構成されている。第１
の整流回路７のカソード側は第１のスイッチ13を介して
バッテリ２及び常用電圧負荷３のプラス側に接続されて
いる。第１のスイッチ13は抵抗体４を作動させる解氷ス
イッチ（図示略）に連動してオフされるようになってい
る。又、常用電圧負荷３にはそのオン・オフ用の第２の
スイッチ14が設けられている。

第２の整流回路８のカソード側は第３のスイッチ15に
接続されている。第３のスイッチ15の一方の接点15aは
第１のスイッチ13とバッテリ２との間に接続され、他方
の接点15bは抵抗体４のプラス側に接続されている。

又、バッテリ２、常用電圧負荷３及び抵抗体４のマイ
ナス側はそれぞれ各整流回路7,8のアノード側に接続さ
れている。各整流回路7,8のアノード側の間には逆流阻
止ダイオード10が接続されている。

直並列切替回路９は抵抗17及び制御入力付半導体スイ
ッチング素子としてのサイリスタ18により構成されてい
る。サイリスタ18のアノードは第１の整流回路７のカソ
ード側に接続されている。又、サイリスタ18のカソード
は第２の整流回路８と逆流阻止ダイオード10との間に接
続されている。更に、サイリスタ18のゲートは抵抗17を
介して第３のスイッチ15の接点15bに接続されている。

電圧調整回路11は、各トランジスタ19,20をツェナダ
イオード28によりオン・オフすることにより、ロータ巻
線12に供給する調整電流を制御して各ステータ巻線5,6
の出力電圧を一定に調整する周知の回路である。

この電圧調整回路11において、ダイオード25のアノー
ドはバッテリ２に接続され、そのカソードには抵抗21,2
2が直列接続されている。この抵抗22の一端側は各トラ
ンジスタ19,20のエミッタに接続されている。又、両抵
抗21,22の間はツェナダイオード28を介してトランジス
タ20のベースに接続されている。更に、ダイオード25と
抵抗21との間には、抵抗23に直列接続されたダイオード
26のカソードが接続されている。その抵抗23の一端側は
第３のスイッチ15の接点15bに接続さ４れている。前記
抵抗体14のプラス側と抵抗17間の回路は、制御信号付与
回路を構成している。

トランジスタ20のコレクタはトランジスタ19のベース
に接続され、そのトランジスタ19のコレクタはダイオー
ド27及び第４のスイッチ29を介し、第１のスイッチ13と
バッテリ２との間に接続されている。第４のスイッチ29
はイグニションスイッチに連動してオン・オフされるス
イッチである。又、トランジスタ19のベースとダイオー
ド27のカソードとの間には抵抗24が接続され、トランジ
スタ19のコレクタとダイオード27のカソードとの間には
ロータ巻線12が接続されている。

そして、この実施例では、ダイオード25を介して印加
される電圧が常用電圧の適性値を決定する14Vを超える
ときに、ツェナダイオード28が導通状態となり、トラン
ジスタ20がオンしてトランジスタ19がオフされるように
設定されている。又、抵抗23の一端側に印加される電圧
が高電圧の適性値を決定する60Vを超えるときに、ツェ
ナダイオード28が導通状態となり、トランジスタ20がオ
ンしてトランジスタ19がオフされるように設定されてい
る。

次に、上記のように構成した発電装置等の作用を説明
する。

常用電圧を供給するための常用電圧モードを設定する
には、第１図に示すように第１のスイッチ13をオンする
と共に第３のスイッチ15を接点15a側に接続する。この
状態では、直並列切替回路９のサイリスタ18にゲート電
圧が印加されず、サイリスタ18はオフ状態となる。従っ
て、各整流回路7,8が並列接続され、これによってステ
ータ巻線5,6が並列接続される。

この状態において、イグニションスイッチをオンする
と、エンジンが始動されてロータが回転されると共に第
４のスイッチ29が連動してオン状態となる。そして、ロ
ータの回転に基き各組のステータ巻線5,6にて発電する
交流電圧が各整流回路7,8にて直流電圧に変換されて、
常用電圧としてバッテリ２に供給されて充電される。
又、このとき第２のスイッチ14をオンすると、常用電圧
負荷３に常用電圧が供給されて同負荷３が作動する。

一方、フロントガラスの着氷を除去するために抵抗体
４に高電圧を供給する高電圧モードを設定するには、図
示しない解氷スイッチをオンして第１のスイッチ13をオ
フすると共に、第３のスイッチ15を接点15b側に接続す
る。

この状態において、ロータが回転されると共に第４の
スイッチ29がオン状態になると、直並列切替回路９のサ
イリスタ18にゲート電圧が印加され、サイリスタ18がオ
ンされる。従って、各整流回路7,8が直列接続され、こ
れによってステータ巻線5,6が直列接続される。そし
て、各組のステータ巻線5,6にて発電する交流電圧が各
整流回路7,8にて直流電圧に変換され、高電圧として抵
抗体４に供給される。

この高電圧の供給により、抵抗体４が直ちに発熱して
フロントガラスの着氷を除去することができる。このと
き、第１のスイッチ13はオフ状態になっているので、バ
ッテリ２が高電圧充電されることはない。

尚、前記常用電圧モード及び高電圧モードの各設定状
態において、エンジンの回転数変動等により各ステータ
巻線5,6からの出力電圧が低い時には、電圧調整回路11
のツェナダイオード28が導通しなくなり、トランジスタ
20がオフ状態となってトランジスタ19がオンする。これ
によって、ロータ巻線12に調整電流が流れて各ステータ
巻線5,6の出力電圧が増大する。又、各ステータ巻線5,6
の出力電圧が高い時には、ツェナダイオード28が導通し
て、トランジスタ20がオン状態となってトランジスタ19
がオフする。これによって、ロータ巻線12に調整電流が
流れなくなり、各ステータ巻線5,6の出力電圧が低下す
る。

このように、電圧調整回路11は、各モード設定状態に
応じてロータ巻線12への調整電流を制御し、各ステータ
巻線5,6からの出力電圧を適性値に調整する。従って、
バッテリ２、常用電圧負荷３或いは抵抗体４に常に一定
した常用電圧又は高電圧を供給することができる。

上記のように、この実施例の発電装置１では、常用電
圧と高電圧とを切替えて発電させる各モード設定状態に
おいて、全てのステータ巻線5,6及び各整流回路7,8を発
電用として常時有効に利用することができる。

又、この実施例の発電装置１では、各整流回路7,8を
並列接続して、即ち各ステータ巻線5,6を並列接続して
常用電圧を常用電圧負荷３に供給するようにしているの
で、各ステータ巻線5,6を構成する巻線5a〜5c,6a〜6cを
それぞれ常用電圧用の巻線仕様に統一する必要がなく、
細い巻線仕様により対応することができる。

この結果、細い巻線仕様でステータ巻線5,6の実質体
積を小さくし、発電装置１の体格を小さくすることがで
きる。

即ち、前記従来例の発電装置では、補助巻線45を直列
接続する分だけ発電装置の体格が確実に大きくなってい
た。ところが、この実施例の発電装置１では、各ステー
タ巻線5,6の並列接続時に常用電圧を発電させるように
しているので、各巻線5a〜5c,6a〜6cの２本分の太さを
常用電圧用の巻線仕様の１本分の太さに相当するように
設定すればよい。つまり、発電装置における発電力を一
定とした場合、各ステータ巻線巻線5,6による発電が高
電圧になればその電流は小さくなり、常用電圧（低電
圧）になればその電流は大きくなる。従って、常用電圧
発電時に、各巻線5a〜5c,6a〜6cの２本分の太さを常用
電圧の電流に対応できる太さに設定すれば、その巻線5a
〜5c,6a〜6cの１本分の太さだけで、高電圧発電時の電
流に充分対応させることができる。

このため、細い巻線5a〜5c,6a〜6cにより、その巻付
作業を容易にすることができ、発電装置１全体におい
て、各ステータ巻線5,6の実質体積を従来例のステータ
巻線42分の実質体積に相当する程度にすることができ
る。従って、常用電圧又は高電圧を切替使用可能な高電
圧対応型の発電装置として小型な装置を提供することが
できる。

又、この実施例では、直並列切替回路９としてサイリ
スタ18よりなる半導体スイッチと抵抗17を用いている。
このため、直並列切替回路９を小さくして発電装置１へ
の内蔵を容易にすることができる。

この結果、スペースの制限された自動車に容易に搭載
し得る発電装置として、有効な発電装置を提供すること
ができる。

尚、この発明は前記実施例に限定されるものではな
く、発明の趣旨を逸脱しない範囲において構成の一部を
適宜に変更して次のように実施することもできる。

（１）前記実施例では、第１図に示すように直並列切替
回路９を抵抗17及びサイリスタ18により構成したが、第
２図に示すように抵抗30,31及び制御入力付半導体スイ
ッチング素子としてのトランジスタ32により構成しても
よい。この場合、高電圧モードを設定するために、第１
のスイッチ13をオフすると共に第３のスイッチ15を接点
15bに接続することにより、トランジスタ32がオンして
各整流回路7,8が直列接続される。一方、常用電圧モー
ドを設定するために、第１のスイッチ13をオンすると共
に第３のスイッチ15を接点15aに接続することにより、
トランジスタ32がオフされて各整流回路7,8が並列接続
される。

（２）前記実施例では、第１及び第２の２組のステータ
巻線5,6を設けて常用電圧と高電圧とを切替発電させる
ように構成したが、３組以上のステータ巻線を設けて常
用電圧又は高電圧を切替えて発電させるように構成して
もよい。

（３）前記実施例では、高電圧負荷としてのフロントウ
ィンドに蒸着した抵抗体４に適用したが、それ以外の電
熱ヒータ等の電気機器に適用してもよい。

［発明の効果］ 以上詳述したように、この発明によれば、発電用の全
てのステータ巻線を常時有効に利用してバッテリ充電電
圧である低電圧及び高電圧負荷用の高電圧をそれぞれ発
電させることができる。

又、本発明によれば、高電圧負荷の給電回路への電圧
印加に応答して制御信号付与回路が制御入力付半導体ス
イッチング素子に対して制御信号を付与し、同半導体ス
イッチング素子を作動させて、直並列切替回路を切替え
て各整流回路を直流接続にするようにしたため、簡単な
回路にて構成できる。

さらに、本発明によれば、電圧調整回路は、バッテリ
充電電圧と、高電圧負荷の印加電圧とを検出しているた
め、高電圧負荷の給電回路への電圧非印加時には、バッ
テリ充電電圧を所定の調整電圧に調整するように発電機
を制御できるとともに、高電圧負荷の給電回路への電圧
印加時には、高電圧負荷の印加電圧を高電圧負荷用の適
正電圧に調整するよう発電機を制御することができる。

加えて、本発明によれば、各整流回路を並列接続し
て、即ち各組のステータ巻線を並列接続して低電圧をそ
の負荷に供給するようにしているので、各組のステータ
巻線をそれぞれ低電圧用の巻線仕様にする必要がなく、
低電圧用の巻線仕様よりも細い仕様により対応できる。
そして、各組のステータ巻線は、同一ステータに対して
巻着されるとともに互いに同一太さに形成しているた
め、この結果、細い巻線仕様でステータ巻線の実質体積
を小さくし、発電装置の体格を小さくすることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した一実施例を示す発電装置
とそれに関連する負荷等を示す電気回路図、第２図は直
並列切替回路の別の実施例を示す電気回路図、第３図は
従来例の発電装置とそれに関連する負荷等を示す電気回
路図である。 図中、５は第１のステータ巻線、６は第２のステータ巻
線、７は第１の整流回路、８は第２の整流回路、９は直
並列切替回路、11は電圧調整回路、12はロータ巻線であ
る。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ロータに設けられたロータ巻線（12）と、
   前記ロータの回転に伴い各相交流電圧を発電するステー
   タ巻線（5,6）とを含む発電機と、 前記ステータ巻線（5,6）にて発電した各相交流電圧を
   直流電圧に変換する整流回路（7,8）と、 前記ステータ巻線（5,6）にて発電する各相交流電圧を
   適正値に調整するために前記ロータ巻線（12）に調整電
   流を供給する電圧調整回路（11）と を備えた車両用発電装置において、 前記ステータ巻線を複数組設けると共にそれら各組のス
   テータ巻線毎に前記整流回路（7,8）をそれぞれ設け、 高電圧負荷用に高電圧発電を行うために前記各整流回路
   （7,8）を直流接続に、又はバッテリ充電用に低電圧発
   電を行うために前記各整流回路を並列接続にそれぞれ切
   替えるため、オンオフ動作する制御入力付半導体スイッ
   チング素子を含む直並列切替回路（９）を設け、 前記各組のステータ巻線は、同一ステータに対して巻着
   されるとともに互いに同一太さに形成し、 高電圧負荷の給電回路への電圧印加に応答して前記制御
   入力付半導体スイッチング素子に対して制御信号を付与
   し、前記半導体スイッチング素子を作動させて、直並列
   切替回路（９）を切替えて前記各整流回路（7,8）を直
   流接続にする制御信号付与回路を設け、 前記電圧調整回路は、バッテリ充電電圧と、高電圧負荷
   の印加電圧とを検出可能に構成されており、高電圧負荷
   の給電回路への電圧非印加時には、バッテリ充電電圧を
   所定の調整電圧に調整するように発電機を制御し、高電
   圧負荷の給電回路への電圧印加時には、高電圧負荷の印
   加電圧を高電圧負荷用の適正電圧に調整するよう発電機
   を制御することを特徴とする車両用発電装置。