JP2678445B2

JP2678445B2 - 車両用多電圧発電装置の発電制御方法

Info

Publication number: JP2678445B2
Application number: JP62190299A
Authority: JP
Inventors: 久利土屋
Original assignee: 東洋電産株式会社
Priority date: 1987-07-31
Filing date: 1987-07-31
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: JPS6439294A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は多電圧発電装置の制御方法に関し、例えば自
動車両に搭載され、通常、当該車両に要求される相対的
な低電圧オーダの出力電圧（呼称でD.C.12V,定格D.C.14
V程度:D.C.24Vオーダーもある）と、本来商用電源で使
用されるような機器を車両の適宜な個所に設けたコンセ
ントに差込むことによって戸外でも使用可能とするた
め、当該商用電源とほぼ等しい相対的高電圧オーダの出
力電圧（一般に定格A.C.100V,無負荷波高値A.C.140V程
度）の少なくとも二種以上の電圧を発生させる多電圧発
電装置を最適制御する方法に関する。〈従来の技術〉車両に搭載した発電機を利用し、通常のバッテリ充電
用とか当該バッテリにより駆動される負荷への電流供給
用としての低電圧の外、商用交流電圧等も取出そうとし
た、いわゆる二電圧発電装置自体としては、従来、次の
ようなものがある。一つは、単一の発電機からの単一オーダの出力電圧を
外部回路で処理し、二電圧出力可能とした上で、切替ス
イッチ等によりどちらの電圧オーダの出力を取出すか選
択するものである。こうした構成は、従来例：特開昭50−36341号公報，従来例：特開昭50−138529号公報，に開示されている。これに対し、相対的な低電圧用と高電圧用とにそれぞ
れ専用の発電機を搭載するようした原始的なものもあ
る。このような例は、従来例：特開昭60−161225号公報，従来例：特開昭56−43265号公報，に開示されている。さらに、一つの発電機の中にロータ（回転子）とステ
ータ（固定子）との組み合せを二つ、一つのケーシング
内に納めて二つの発電部分を構成し、それら両発電部分
を共通の回転軸により駆動するものもあり、こうした例
としては、従来例：実開昭57−42565号公報，従来例：実開昭58−136973号公報，に開示されたものがある。これら従来例〜に対し、本出願人が“発電機”な
る名称により、昭和61年９月18日付けで出願した特許出
願（特願昭61−218088号）に添付の明細書および図面中
に開示された発電機構成を採用するものもある。これを
便宜的に“従来例”と呼んで置く。結論から言えば、本発明は実質的に、上記した従来例
群の中でも特に優れている上記従来例の発電機を用い
た場合に最も有効な制御方法に係るので、この従来例
につき、本書添付の図面中、第３図に即し、少し詳しく
説明して置く。図示の場合、既述したような車両搭載用の配電機１を
想定しており、したがってその二種の出力電圧として、
無負荷波高値交流140Vと、これより相対的に低い電圧出
力として直流で定格12V、実際には14Vを得んとしてい
る。車両の機関回転軸によりロータが回転駆動される発電
機１は、ステータ・コアにおいて同一スロットに積層し
て挿入されるコイルとして、互いに直列な一対のコイル
42,43を有しており、これら直列コイル42,43は、等価回
路的には一つのコイル41に中間タップを形成することに
より、二つに分割されたものと見ることができる。便宜
的にこれらコイル41,42,43に対し、それぞれその符号の
順番に従い、第一、第二、第三コイルという名称を与え
る。したがって当然、第二、第三コイル42,43は、それ
ぞれ第一コイル41の各部分コイルを構成する関係にあ
る。第二コイル42の両端電圧は相対的な低圧出力のために
用いられ、第三コイル43はその第二のコイル42の発生電
圧に自身の発生する電圧を加算する電圧加算用コイルと
して機能する。換言すれば、これら第二、第三コイル4
2,43を直列にして構成されたと等価な第一コイル41が、
その両端に相対的な高電圧を発生する高圧コイルとな
る。図示の発電機１は三相交流出力型であるので、上記し
たコイル41,42,43は各相あたりに備えられ、各第一コイ
ル41,41,41の一端相互がいわゆる星形結線の中性点とさ
れている。各第一ないし高圧コイル41の中間タップ、つまりは各
第二、第三コイル42,43の相互接続点は、それぞれ低圧
端子として一般に発電機内蔵の低圧側整流回路６に与え
られるが、中性点に対向する各第一コイル41の端部は、
各対応する高圧出力端子T,S,Rを介し、それぞれ一般に
は外部に設けられた高圧側整流回路７に与えられる。高圧側整流回路７は外付けインバータ２の一部を構成
し、その直流出力は模式的に示されているような四つの
スイッチング・トランジスタ等のスイッチング素子９に
より、適当なるデューティ比でオン・オフ制御され、商
用交流周波数と同じ周波数（50Hzないし60Hz）で同じ定
格電圧A.C.100Vの疑似交番波形出力として図示していな
いコンセントに導かれ、商用電源利用機器の稼動に利用
される。一方、低圧側整流回路６の正負出力端子間電圧は低圧
電圧11およびバッテリ12の両端に供給されるが、このバ
ッテリ12の陽極は、図示の発電機１が界磁磁束を直流電
流供給によって発生させる界磁コイルから得る型式の発
電機であるため、始動用のキー・スイッチ15とレギュレ
ータ３を介し、発電機１のロータの界磁コイル５に接続
されている。後に指摘されるように、当該バッテリ陽極とレギュレ
ータ３とを結ぶ線路13は、低圧側に現に発生している電
圧V₁の検出線路ともなる。ロータは、先に述べたように機関回転軸の回転により
回転駆動されるが、このロータに付された界磁コイル５
は、ステータ側の全ての第二、第三コイル42,43に共通
のものとなっており、換言すれば界磁コイル５への励磁
電流の通電によって形成される界磁磁束は、これら三組
の各直列コイル42,43に共に作用するようになってい
る。このようにして、この従来例においては、界磁コイ
ル５を単一の一回路のみとした上で（界磁コイルが二個
以上あるときはそれらを並列にする）、当該界磁コイル
に通電し、発電機発生電圧として同時に異なったオーダ
の電圧を発生させるのであるが、これに際してはまた、
低圧側に現に発生している電圧を検出して界磁制御する
ことにより、当該低電圧側のみならず、高電圧側も一
応、それら高低両電圧間の取得巻数比に比例した電圧に
自動制御するべく図っている。すなわち、レギュレータ３は、整流回路６の出力に実
際に現れる電圧値V₁を電圧検出線路13を介して検出し、
あらかじめ設定されている基準電圧（図示せず）と比較
しながら、当該出力電圧の基準電圧に対する大、小によ
り、スイッチング・トランジスタ等のスイッチング素子
31をオン、オフ制御する制御回路32を有しており、これ
により界磁コイル５の通電、非通電を経時的に制御す
る。つまり、上記低電圧側の出力電圧V₁が基準電圧値を越
えた場合には、スイッチ素子31をターン・オフして界磁
コイル５への通電を一旦断ち、出力電圧V₁が基準電圧値
より低くなった場合、スイッチ素子31を再度ターン・オ
ンさせて、界磁コイル５へ再び励磁電流を流すように制
御する。〈発明が解決しようとする問題点〉上記した従来例〜を考察するに、まず上記従来例
：特開昭50−36341号公報に開示された発電機ないし
発電機システムでは、発電機の外部の切替スイッチで二
つの電圧を使い分けるようにしており、一方の電圧を取
出すと他方の電圧は取出せない。つまり二電圧同時出力
型ではない。従来例：特開昭50−138529号公報に開示の発電システ
ムにおいても、従来例と同様、二電圧を同時に取出す
ことはできない。特にこの従来例においては、切替スイッチ等の操作
が複雑であるばかりでなく、別途、昇圧トランスが必要
で、これにより重量が増大してしまう。重量の増大を招
くのは、特に車両用として用いる場合に好ましくない。さらに加えて、この従来例では、保護抵抗やリレー
等の電気回路も必要であり、保護抵抗には大電流が流れ
て無駄な消費電力も発生する。なお明らかなように、本書で言う一方の電圧とか他方
の電圧とは、正確には一方のオーダの電圧、他方のオー
ダの電圧等とすべきであろうが、以下においても簡単の
ため、上記省略した表現を採用する。上記従来例，に対し、従来例：特開昭60−1612
25号公報に開示されている発電システムにおいては、既
述の通り、実質的に二つの発電機を用いている。したがってこれも、一つの発電機で二つの電圧をその
発電機の発生電圧として同時に取り出せるようにしたと
いうものではなく、やはり、一つの発電機で二つの電圧
を同時には取り出せない。むしろこの従来例におけるように、発電機を二つ用
いるというのは余りに原始的で、実用的ではない。発電
機の搭載構造や駆動力の伝達構造が複雑になり、それら
のためにも極めて広いスペースも必要とする。こうした問題は、二つの発電機を具備する例としても
う一つ挙げた従来例：実開昭56−43265号公報につい
ても同じことが言える。さらに、従来例：実開昭57−42565号公報に開示さ
れたものは、一つのケーシング内に二つのロータとステ
ータの対を組み入れた構造で、それぞれ別個独立の各ス
テータから各異なる電圧範囲の出力を取り出そうという
ものである。各ステータは別個独立であり、したがって
ロータもそれぞれ別個独立している。いわばこのものは、この種の発電機の基本構造におけ
るロータとステータをほぼそのまま二つ用いて、それら
を単に軸方向に並列しただけのものであり、そのため、
二つのロータを軸方向に余り近付けると、互いに磁気的
な干渉を起こし、エネルギ・ロスを招くという不都合が
ある。実際上、この従来例に開示されている構成を具現す
るに際しては、二つのロータとステータを一つの筐体内
においてある程度、軸方向に離して設置しなければなら
ず、軸方向寸法がかなり大きくなるのを逃れ得ない。また、発電容量についても、こうした構造では一つの
電圧において一つの磁極分のものしか得られない。従来例：実開昭58−136973号公報に開示されたもの
も、この従来例：実開昭57−42565号公報に開示され
た発電装置におけると同様のことが言える。こうした中にあって、本出願人が開示した上記従来例
は、上記従来例群〜に比せばかなり実用的であ
り、一つの発電機で、しかも簡単な構成によって、同時
に異なった電圧を出力することができる。すなわち、異なった電圧を得るに当って、ステータ・
コアの同一スロットに各コイルを挿入しているため、外
部で切替スイッチ等により二つの電圧を使い分けるよう
にしたり、あるいは昇圧トランスを用いたりするなどの
構成を採る必要がないのは言うまでもなく、ステータと
ロータをそれぞれ独立して各別に設ける構造でもないの
で、発電機の軸長寸法を変えないでも、同時に異なる電
圧を取り出すことが可能である。もちろん、二つの別々の発電機を用いるものではない
から、発電機二台分のスペースを必要としたり、ロータ
駆動力の伝達機構が複雑化することもなく、構造は簡単
であり、特に車両用の発電機に用いて好適である。しかし、本出願人においてこの従来例を見直した
所、その制御上、なお改良すればさらに望ましいと思わ
れる点を発見するに至った。これを説明するには一般的な説明から入る必要があ
る。車両に搭載される一般的な直流低電圧専用の発電機を
考えると、定格でD.C.12Vのバッテリ搭載車用ではそれ
はD.C.14V発電機であり、定格電流以上の電流が流れる
といわゆる垂下特性（磁気漏れが著しくなること）に入
り、それ以降はさらに負荷電流が大きくなろうとすると
自動的に発生電圧が低下する。これはむしろ望ましいことである。発電機自体が過負
荷状態にはなり難いからであり、負荷電流として足りな
い分は車両搭載のバッテリの方から供給されるからであ
る。言い換えると、従来からの極く一般的な単電圧出力用
発電機では、特に別途な制御回路を付加せずとも、その
垂下特性を逆に巧みに利用して、この種の発電機におい
て最も避けなければならない、過負荷に伴うコイル焼損
から身を守っているのである。もっとも、一般に回路保護という観点からすれば、指
摘を俟つまでもなく、フューズという簡便な手段があ
る。何もあえて上記のような垂下特性に依らずとも、例
えば発電機の出力電流線路中に適当な容量のフューズを
挿入して置けば、それだけでもかなり確実に発電機を保
護し得るし、またその最大許容出力電力を任意に設定で
きることにもなる。が、この方法は、こうした発電機の搭載対象が自動車
両であることを考えると、実際には採用し兼ねる。フュ
ーズが切れてしまえば以後一切、当該発電機から負荷へ
供給されるべき電流は期待し得ず、したがって結局、車
両にしてみれば、単にフューズが切れたとは言っても、
他の故障と同様に、実質的に以降の車両の運転を全くに
して不能にする故障が発生したのと何等変わりなくなる
からである。こうしたことから、ここでまず明らかにして置かねば
ならないことは、この種の車両搭載用発電機の場合に特
に切実なように、負荷電流が定格電流を越えて流れよう
とした場合には、意図的に電流制限作用が生ずるように
する必要があるということ、そして従来は、この電流制
限作用を満足するために、発電機の個々の設計において
各種パラメータにより各発電機ごとに一義的に定まる垂
下特性を利用していたということである。そしてこうした事情、特に後者の電流制限機能を得る
ための手法は、他の点では他の従来例〜に比し勝っ
ている上記従来例においても、また同様に路襲されて
いたのである。これを理解するため、第３図示の従来例に即して構
成された実際の発電機の電気的特性を採ってみると、代
表的に第４図示のような結果が得られる。この特性を端
的に言えば、低圧電流が増大すると高圧直流電圧も増大
している。第５図はこの理由を説明している。ただし簡単のた
め、三相星型結線の一相分についてのみ、図示してお
り、また、実際には先に述べたように、高圧側、低圧側
とも、その出力電圧V₁,V₂は、共に各専用の整流回路6,7
を経由した後の電圧であるので、それら整流回路6,7も
図示すべきかも知れないが、むしろ見易さを狙って、こ
れらはあえて図中から省略した。当該第５図中における各符号は次の意味を有してい
る。 V₁:低圧側出力電圧（低圧側電圧検出信号） V₂:高圧側出力電圧 E₁:低圧コイル42両端に発生する起電圧 E₂:加算用コイル43両端に発生する起電圧 Z₁:低圧側インピーダンス Z₂:加算コイル側インピーダンス I₁:低圧出力電流ここでさらに、低圧コイル42の巻数をT₁、加算用コイ
ル43の巻数をT₂とすると、次式１）,2）が成立し、さら
に高圧側が無負荷のときには式３）も成立する。 V₁＝E₁−I₁・Z₁ ……１） V₂＝E₁＋E₂ ……３）しかるに、既述したレギュレータ３を用いて低圧出力
電圧V₁を一定にするためには、上記１）式から明らかな
ように、負荷電流I₁が増すときには起電圧E₁を増すよう
に制御しなければならない。しかし一方、このようにすると、上記２）式からし
て、低圧コイル42の両端起電圧E₁に対し、高圧出力を得
るために電圧加算用コイル43の両端起電圧E₂は比例的な
関係にあるから、高圧側が無負荷の場合の式３）に代表
的に示されているように、結局は低圧負荷電流I₁の増大
に伴い、大かれ少なかれ高圧出力電圧V₂が増す傾向とな
って、第４図示のような特性となるのである。このような事実を踏まえた上で、第３図示のような発
電機を実際に車両に搭載した場合につき鑑みると、一般
に高圧側に要求される電力容量に対し、通常の車両に搭
載が見込まれる各種電装品にのみ要求される低圧側の電
力容量は、相対的に小さくて良い場合が多い。具体的な例を挙げ、今、3KVAの発電機を車両に搭載す
るとした場合、当該3KVAというかなり大きな発電容量
は、普通、高圧負荷のために用意されるものであって、
車両に通常搭載される各種電装品（車両の走行にとって
基本的に必要な電気回路系を含む）にとっては、その中
せいぜい、600VAから700VAもあればこと足りる。電流値
に換算するとせいぜい60A程度である。ところが、この種の多電圧発電機の本来の目的からし
て明らかなように、このように大電力容量が許容されて
いる高圧負荷も、実際に車両が走行している最中にはそ
の目一杯まで使われることはほとんどない。そのため、当該車両走行中においては、実質的に低圧
負荷に対してそうした大電力が許されていることに等し
くなり、逆に低圧負荷に対してもそのような大電力の供
給を可能なように発電機を作って置かなければ、高圧負
荷に対して当該所期の大電力を供給できなくなる。そこでこれを換言すると、既述した発電機保護のため
に必要な垂下特性は、例え上記のように最大でせいぜい
600〜700VAもあれば足りる低圧負荷のみを使用するよう
な状況下においても、その供給電力が3KVAを越えなけれ
ば発生しないということである。これがまさしく、当該従来例において残された問題
点である。低圧負荷に対しては、本来ならば第４図中の
仮想線に示すように、600〜700VAを越えた所で垂下特性
を生じさせたいのに、実際には発電機最大容量に至らな
ければそれが生じないという欠点があり、また、低圧負
荷のみでも上記のような大電力を許容可能に設計しなけ
ればならないということは、結局、低圧コイル42として
用いる線材にも、そうした大電力に耐えられるだけの、
相当に太い断面積のものを用いなければならないこと意
味する。のみならず、これに連れて低圧側の整流回路６に用い
るダイオード等も大容量のものを使わねばならず、さら
には放熱フィン、はたまたこれを冷却するファンにも大
型なものを要する等、悪い意味での波及効果が大きく、
実際にも限られたエンジン・ルーム内での占有体積の問
題が顕在化してきたのである。本発明はこのような実情に即して成されたもので、こ
れまで提案されている多電圧発電装置としては最も優れ
ていると思われる上記従来例に開示の多電圧発電装置
にさらに最適な制御方法を提供し、低電圧側の回路に過
剰品質のものを用いないでも良い合理的なものにするこ
と、これに伴い、整流ダイオードや放熱フィン、放熱フ
ァン等にも小型なものを使用することができるようにす
ること等を主たる目的としたものである。〈問題点を解決するための手段〉上記課題を解決するために、本発明は、ステータ・コ
アの各スロットにそれぞれ積層して挿入される一対の互
いに直列な低圧コイルと高圧コイルとを設けると共に、
各直列な低圧コイルと高圧コイルとの対を星形結線して
構成したステータと、車両用エンジンを駆動源として界
磁コイルを回転させるロータとを備えることで、単一の
発電機から電圧の異なる複数の出力を取得可能とした車
両用多電圧発電装置の発電制御方法において、車両用多電圧発電装置の電圧出力の一つであって直流
に変換して用いる基準直流出力の電流値が、予め定めた
許容限度値に満たない第１状態であるか、許容限度値に
達した第２状態であるかを、基準直流出力よりも高電圧
である判定出力の電圧値が判定電圧値に満たないか否か
に基づいて判定し、第１状態においては基準直流出力を
所定電圧に保持するように界磁コイルへの界磁電流制御
を行い、第２状態においては判定出力を判定電圧値に保
持するように界磁コイルへの界磁電流制御を行うように
した。〈作用および効果〉本発明を端的に言うと、界磁コイルへの供給電流を例
えばオン・オフすることにより制御し、もって出力電圧
値を一定に保とうとするレギュレータを用いるような場
合、その制御対象からの帰還入力信号として、“基準直
流出力”と“該基準直流出力よりも高電圧の判定出力”
の二種類を用意し、それらを発電機の低圧出力端子を介
しての負荷電流値の大きさに応じ、使い分けようとする
ものである。本発明は第３図に示した従来例との対比で考えると理
解し易いが、当該従来例においては、すでに説明したよ
うに、レギュレータ３への制御対象（低圧出力電圧値）
からの帰還入力信号は、取も直さず、多電圧発電機の低
電圧出力端子に現れるそのときどきの当該出力電圧値V₁
そのもの、しかもそれのみであった。すなわち、低圧出力電圧V₁を常に検出、監視し、これ
が所定の電圧値、例えば14Vを越えようとすると界磁コ
イルへの供給電流を一時断つ等して出力電圧値の当該増
大を抑え、逆に所定電圧値を割ろうとすると、継続的に
界磁コイルへの電流供給を続けて出力電圧値を所定電圧
値にまで引き上げるべく制御していた。しかし、明らかなように、当該低圧出力の出力電流値
I₁に関しての制御はなされていなかったがため、低圧出
力負荷には十分な、例えば60A程度を越えてもなお、発
電機に見込まれる最大許容電流値（3KVA型発電機では約
200A以上にもなる）に至って自己垂下特性を示すまで
は、ひたすら当該低圧出力の電圧値における一定制御を
のみ、図るに過ぎず、それがために、既述した各種解決
すべき問題点が発生していたのである。これに対し、本発明においては、基準直流出力の電流
値が許容限度値に達したか否かを、基準直流出力（低圧
出力）よりも高電圧の判定出力（高圧出力）の電圧値に
基づいて行うものとしたので、車両走行中のように高圧
出力を負荷へ供給していない場合においても、発電機の
発電容量の限界まで低圧出力が高められることを防げ
る。なお、こうした高圧出力端子に現れる当該出力電圧値
V₂の検出により、低圧出力端子を介して流れている低電
圧出力電流値I₁を知り得るということは、すでに第4,5
図に即して説明した所から明らかである。また、本発明に係る車両用発電装置の発電制御方法に
おいては、基準直流出力の電流値が許容限度値に満たな
い第１状態においては、基準直流出力を所定電圧に保持
するような制御を行い、基準直流出力の電流値が許容限
度値に達した第２状態においては、高圧側の判定出力を
判定電圧値に保持するように界磁電流制御を行うものと
したので、低圧直流出力に応じた界磁制御を適切に行う
ことができる。すなわち、基準直流出力における許容限度値を設定
し、該許容限度値を境として制御内容を異ならしめるの
で、垂下特性に頼ることなく、積極的な過負荷回避機能
を具現化できるのである。なお、コイルの線材や低圧出
力に用いる負荷等に応じて定めた許容最大電流値I_1MAX
を許容限度値に設定すればよい。例えば既述の従来例の構成によった場合の多電圧発
電機が、これも先に述べたように低圧出力端子を介して
最大200Aまで出力可能なものであっても、本発明を適用
した場合において当該一定電流値I_1MAXを例えば60Aに設
定した場合には、低圧出力端子を介しての実際の出力電
流値I₁も、その値に意図的に制限することが可能とな
る。すなわち本発明によると、上記の低圧出力電流値I₁の
検出により、当該出力電流値が上記一定電流値I_1MAXを
越えていない場合には、低圧出力端子に現れる低圧出力
電圧V₁が一定電圧値になるよう、界磁コイルへの供給電
流を制御し、したがってこの出力電流値が一定電流値未
満の場合には、従来例におけると実質的に同様の制御
形態となり得るが、低圧出力電流値I₁が予定の一定電流
値I_1MAXを越えようとすると、それが直接または間接に
検出され、そのとき以降は高圧出力端子に現れる当該高
圧出力電圧値V₂が一定になるように界磁コイルへの供給
電流制御をする。そのため、低圧出力電流値I₁はその増大を抑止され、
結果、実質的に上記一電流値I_1MAXとしてあらかじめ定
めた電流値を越えることがなくなるのである。これはすでに挙げた１）〜３）式によって証明し得
る。３）式中の高圧出力電圧値V₂（＝起電圧E₁＋起電圧
E₂）を一定にするのであるから、２）式中における起電
圧E₁も一定となり、したがって低圧出力電流I₁が増そう
とするとインピーダンス電圧降下I₁・Z₁が大となって低
圧出力電圧V₂が小さくなろうとし、結局、出力電流値I₁
が抑制されるのである。従って、本発明に係る車両用多電圧発電装置の発電制
御方法によれば、界磁コイルを共有する単一の発電機よ
り電圧が異なる複数の出力を得る多電圧発電装置に特有
の問題として認識し得た、車両側の配線仕様で定められ
ている定格負荷電流を越える過電流が低圧出力から流れ
得ると危険性があるという従来技術の欠点を効果的に防
げるので、基準直流出力の許容限度値を必要十分な値に
抑制可能となり、高圧出力容量に見合うよう考慮した最
大電流に耐え得る線材を低圧の基準直流出力取得用のコ
イルに用いる必要がないと共に、整流手段、放熱フィ
ン、放熱用のファン等も軽量・小型のものを使用でき
る。特に、車両の狭小なスペースに組み込む車両用発電
装置においては、発電機及びその周辺機器を軽量・小型
に形成できることは有用である。特にまた、発電機の諸元によって一義的に定まってし
まう垂下特性を利用しないということは、極めて合理的
な結果をも生む。全く同じ構成の発電機でも、必要とさ
れる任意の値に低圧側の最大出力電流値I_1MAXを設定可
能だからである。搭載する車両が異なり、そうした要求
最大低圧出力電流値I_1MAXが異なっても、場合によって
全く同じ構成の発電機で流用可能になることもある。こうした便利さは、従来、フューズを使用する場合に
限って得られたものである。しかしフューズはまた、す
でに述べたように、本質的にこの種の多電圧発電機には
採用し得ないし、採用したとしても、これが切れれば取
り替えなければならない。本発明の場合にはそうした不
便もなく、フューズの短所をも除去している。〈実施例〉第１図には本発明に従って構成された多電圧発電装置
の一実施例が示されている。この実施例は、実際上、第３図に即して説明した従来
例の改良に相当するので、当該従来例において用いられ
ていた構成子に変更をおよぼさなくても良いものには同
一の符号を付している。この本発明実施例においても、発電機１としては車両
搭載用を想定しており、したがってその二種の出力電圧
としては、相対的な高圧側を無負荷波高値交流140V、相
対的な低圧値を定格で直流12V、実際には14V等と設定す
ることができる。ただしもちろん、これらの値は限定的
ではなく、さらには二種以上の多電圧発生用としても本
発明は同様に適用可能である。それら多電圧の中、二種
の電圧を選択して本発明要旨構成を適用すれば良い。さて、車両の機関回転軸によりロータが回転駆動され
る発電機１は、望ましくはステータ・コアにおいて同一
スロットに積層して挿入されるコイルとして、互いに直
列な一対のコイル42,43を有しており、これら直列コイ
ル42,43は、等価回路的には一つのコイル41に中間タッ
プを形成することにより、二つに分割されたものと見る
ことができる。先と同様、これらのコイル41,42,43に対し、それぞれ
その符号の順番に従い、第一、第二、第三コイルという
名称を与える。ただし第二、第三コイル42,43は、それ
ぞれ第一コイル41の各部分コイルを構成する関係にあ
る。第二コイル42の両端電圧は相対的な低圧出力のために
用いられ、第三コイル43はこの第二のコイル42の発生電
圧に自身の発生する電圧を加算する電圧加算用コイルと
して機能する。換言すれば、これら第二、第三コイル4
2,43を直列にして構成されたと等価な第一コイル41が、
その両端に相対的な高電圧を発生する高圧コイルとな
る。図示の発電機１は三相交流出力型であるので、上記し
たコイル41,42,43は各相あたりに備えられ、各第一コイ
ル41,41,41の一端相互がいわゆる星形結線の中性点とさ
れている。各第一ないし高圧コイル41の中間タップ、つまりは各
第二、第三コイル42,43の相互接続点は、それぞれ低圧
端子として一般に発電機内蔵の低圧側整流回路６に与え
られるが、中性点に対向する各第一コイル41の端部は、
各対応する高圧出力端子T,S,Rを介し、それぞれ一般に
は外部に設けられた高圧側整流回路７に与えられる。高圧側整流回路７は外付けインバータ２の一部を構成
し、その直流出力は模式的に示されているような四つの
スイッチング・トランジスタ等のスイッチング素子９に
より、適当なるデューティ比でオン・オフ制御され、商
用交流周波数と同じ周波数（50Hzないし60Hz）で同じ定
格電圧A.C.100Vの疑似交番波形出力として図示していな
いコンセントに導かれ、商用電源利用機器の稼動に利用
される。このコンセントは車両車室内とかバンパの下や
裏側等、適当な個所に設置される。一方、低圧側整流回路６の正負出力端子間電圧は低圧
負荷11およびバッテリ12の両端に供給されるが、このバ
ッテリ12の陽極は、図示の発電機１が界磁磁束を直流電
流供給によって発生させる界磁コイルから得る型式の発
電機であるため、始動用のキー・スイッチ15とレギュレ
ータ30を介し、発電機１のロータの界磁コイル５に接続
されている。後に指摘されるように、当該バッテリ陽極とレギュレ
ータ30とを結ぶ線路13は、低圧側に現に発生している電
圧V₁の検出線路ともなる。のみならず、本発明を適用したこの実施例において
は、選択的に使用される高圧側の電圧検出線路14も有し
ており、高圧側に現に発生している電圧V₂の検出信号も
また、同様にレギュレータ30に与えらる。レギュレータ30内には、後にその動作を詳しく説明す
るように、低圧側電圧検出線路13によって送られてくる
低圧側の検出電圧V₁に基づき、例えばスイッチング・ト
ランジスタ31等によって構成される電流制御部を制御す
る制御回路33と、高圧側電圧検出線路14によって送られ
てくる高圧側の検出電圧V₂に基づいて当該制御部31を制
御する制御回路34があり、実際上、制御回路33は本発明
により任意に設定可能になる低圧出力電流I₁の最大許容
電流値I_1MAX以下の相対的な定電流範囲において低圧出
力電圧安定化のために機能し、制御回路34は逆に低圧出
力電流に許容されている最大許容電流I_1MAXを越えよう
とする相対的な高電流範囲において高圧出力電圧V₂を安
定化することにより、低圧出力電流I₁を当該最大許容電
流値I_1MAX以下に制限する制御回路である。ロータは、先に述べたように機関回転軸の回転により
回転駆動されるが、このロータに付された界磁コイル５
は、ステータ側の全ての第二、第三コイル42,43に共通
のものとなっており、換言すれば界磁コイル５への励磁
電流の通電によって形成される界磁は、これら三組のコ
イル42,43、または三組の第一コイル41に共に作用する
ようになっている。このようにして、この実施例に用いられている発電機
１においては、界磁コイル５を単一の一回路のみとした
上で（界磁コイルが二個以上あるときはそれらを並列に
する）、当該界磁コイルに通電し、発電機発生電圧とし
て同時に異なったオーダの電圧を発生させることができ
る。さて、本発明の趣旨に従い、低圧側の出力電流値I₁の
大きさのいかんにより、低圧側に現に発生している電圧
V₁または高圧側に現に発生している電圧V₂を検出して界
磁制御することにより、当該低電圧側のみならず、高電
圧側においても出力電圧値の安定化を図ると共に、必要
のない程の大電流を低圧負荷11に流してしまう無駄ない
し危険を回避可能とするためのレギュレータ30の電流制
限動作は、この実施例の場合、以下のようである。第２図に示されているように、高圧側整流回路７の出
力電圧として高圧側の電圧検出線路14に現れる電圧V₂が
所定の閾値V_th（例えば整流回路７の直流出力電圧値に
おいてV_th＝140V等に設定可能である）を越えない間
は、実質的にレギュレータ30内の低電流範囲用制御回路
33が有効となり、整流回路６の出力に実際に現れる低圧
側電圧値V₁を電圧検出線路13を介して検出し、これを例
えばあらかじめ設定されている基準電圧（図示せず）と
比較しながら、当該出力電圧V₁の基準電圧に対する大、
小により、スイッチング・トランジスタ等のスイッチン
グ素子31をオン・オフ制御し、これにより界磁コイル５
の通電、非通電を経時的に制御する。つまり、上記低電圧側の出力電圧V₂が基準電圧値を越
えた場合には、スイッチ素子31をターン・オフして界磁
コイル５への通電を一旦断ち、これにより出力電圧V₁が
基準電圧値より低くなった場合には、スイッチ素子31を
再度ターン・オンさせて、界磁コイル５へ再び励磁電流
を流すように制御する。これにより、当該第２図に明示されているように、低
圧側に設定した最大許容電流値I_1MAXを実際にバッテリ1
2や低圧負荷I₁に供給される低圧出力電流I₁が越えない
範囲内においては、すなわち当該低圧電流I₁に伴って比
例的に増減する高圧電圧値V₂が所定の閾値V_thを越えな
い範囲内においては、低圧出力電圧V₁は所定の値、例え
ば直流14Vに安定化される。しかし一方、低圧出力電流I₁が最大許容電流値I_1MAX
を越えようとした場合、したがってまたこれを間接的に
検出する高圧出力電圧V₁が例えば上記のように直流140V
等に設定された閾値電圧V_thを越えた場合には、本発明
の趣旨に従い、レギュレータ30は低電流範囲用制御回路
33の動作を一旦、無効化ないし休止させ、代わって高電
流範囲用制御回路34の動作を有効化して、以降、高圧側
の電圧検出線路14に現れる実際の高圧出力電圧に基づ
き、上記のようなスイッチング・トランジスタ31の制御
を行なって、当該高圧出力電圧V₂が一定値になるよう、
安定化する。しかるに、このようにして当該高圧出力電圧V₂を安定
化するということは、既述した低圧側の出力電流I₁に関
し、最大許容電流値I_1MAXを越えないように電流制限し
たことになる。すなわち、先の第５図中に示した等価回路、およびそ
れらに関する説明や既述の１）〜３）式から明らかなよ
うに、高圧出力電圧値V₂（＝起電圧E₁＋起電圧E₂）を一
定にすれば、２）式中における低圧コイル42の起電圧E₁
も一定となり、したがって低圧出力電流I₁が増そうとす
ると、上記１）式からしてインピーダンス電圧降下I₁・
Z₁が大となるため、低圧出力電圧V₂が小さくなろうと
し、結局、低圧出力電流値I₁が抑制されるのである。実
際にも、こうした構成に従って試作された多電圧発電装
置においては、このようにして、本発明によれば、例え
ば既述の各種多電圧発電機として最も優れていた従来例
の発電機を用いるにも、さらにそれを最適制御でき、
垂下特性に頼ることなく、最大低圧出力電流値を必要と
して十分な値に抑え込むことができる。例えば既述の従来例の構成によった場合の多電圧発
電機が、これも先に述べたように低圧出力端子を介して
最大200Aまで電流出力可能なものであっても、本発明を
適用すると、最大許容電流値I_1MAXを例えば60Aに設定し
た場合には、低圧出力端子を介しての実際に流れ得る最
大電流値も、その値に意図的に制限することが可能とな
る。もちろん、上記実施例において設定した各閾値V_th,I
_1MAXは、任意に変更可能である。図示実施例の場合には
高圧側における閾値電圧V_thを、当該高圧側における直
流電圧出力をインバータ２により疑似交番波形に変換し
た場合の波高値に等しい140Vに選択してあり、またこの
ときに低圧側の最大許容電流値I_1MAXが60Aとなるべくし
ているが、設計のいかんにより、これら値は変更可能で
ある。また明らかなように、低圧出力電流値I₁は、この実施
例の場合、高圧出力電圧値V₂を検出することにより間接
的に検出しているが、例えば低圧出力線路中に直列にミ
リ・オーム・オーダ等、問題となる電力損失を生じない
程度の低抵抗を挿入し、その両端電圧を検出すること等
により、直接ないし比較的直接的に、当該低圧出力電流
値I₁を検出し、これに基づいて界磁コイルへの供給電流
制御をなしても良い。さらに、当該制御回路33,34における制御形態は、既
述したようなスイッチング・トランジスタ31を経時的に
オン・オフ制御するタイプが最も一般的で良く知られて
いるが、アナログ的、連続的に供給電流を制御する型の
ものでも良い。また、本発明により制御を受けるべき発電機自体も、
上記従来例の明細書および図面中に開示されているよ
うな発電機の外、これまでに述べてきた本発明に必要な
構成要素を有していればその細かな具体的構成の相違を
まで云々するものではない。さらに、これも本発明に関しては直接の関係がないの
で詳しく述べないが、インバータ２の動作に関しての改
良も本出願人によりなされており（発明の名称“単相イ
ンバータの駆動方法":特願昭62−151264号）、したがっ
て本発明を適用すると共にこの方法も併せて適用すれ
ば、製品としてさらに良いものが提供できる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明の制御方法を適用した一実施例としての
多電圧発電装置の概略構成図、第２図は本発明動作ない
し発電機特性の説明図、第３図は従来における多電圧発
電装置の概略構成図、第４図は第３図示多電圧発電装置
の発電機特性図、第５図は高低両出力電圧と低電圧出力
電流との関係を示す要部等価回路図、である。図中、１は発電機、２はインバータ、3,30はレギュレー
タ、33は低電流範囲用制御回路、34は高電流範囲用制御
回路、41は高圧コイル、42は低圧コイル、43は電圧加算
用コイル、５は界磁コイル、11は低圧負荷、12はバッテ
リ、13は低圧側電圧検出線路、14は高圧側電圧検出線
路、である。

Claims

(57)【特許請求の範囲】１．ステータ・コアの各スロットにそれぞれ積層して挿
入される一対の互いに直列な低圧コイルと高圧コイルと
を設けると共に、各直列な低圧コイルと高圧コイルとの
対を星形結線して構成したステータと、車両用エンジン
を駆動源として界磁コイルを回転させるロータとを備え
ることで、単一の発電機から電圧の異なる複数の出力を
取得可能とした車両用多電圧発電装置の発電制御方法に
おいて、車両用多電圧発電装置の電圧出力の一つであって直流に
変換して用いる基準直流出力の電流値が、予め定めた許
容限度値に満たない第１状態であるか、許容限度値に達
した第２状態であるかを、基準直流出力よりも高電圧で
ある判定出力の電圧値が判定電圧値に満たないか否かに
基づいて判定し、第１状態においては基準直流出力を所
定電圧に保持するように界磁コイルへの界磁電流制御を
行い、第２状態においては判定出力を判定電圧値に保持
するように界磁コイルへの界磁電流制御を行うようにし
たことを特徴とする車両用多電圧発電装置の発電制御方
法。