JP3389740B2 - AC generator - Google Patents

AC generator

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JP3389740B2
JP3389740B2 JP12617195A JP12617195A JP3389740B2 JP 3389740 B2 JP3389740 B2 JP 3389740B2 JP 12617195 A JP12617195 A JP 12617195A JP 12617195 A JP12617195 A JP 12617195A JP 3389740 B2 JP3389740 B2 JP 3389740B2
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、全波整流回路を備えた
交流発電装置に関し、例えば車両等に搭載したバッテリ
充電用発電装置や、電気自動車用の発電機あるいは電動
発電機として使用できるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC generator equipped with a full-wave rectifier circuit, which can be used as, for example, a battery charging generator installed in a vehicle or the like, a generator for an electric vehicle or a motor generator. Is.

【0002】[0002]

【従来の技術】一例として示す交流発電装置は、図33
に示すように、界磁巻線100を有する回転子110
と、3相電機子巻線120を有する固定子(図示しな
い)とを備え、界磁巻線100が励磁回路130により
励磁されて回転子(界磁)110が回転することによ
り、電機子巻線120の各相巻線120a、120b、
120cにそれぞれ誘起相電圧が発生する。この誘起相
電圧は、6個のダイオード140により構成される全波
整流器で直流に変換(整流)されて、バッテリ150お
よび電気負荷160に供給される。
2. Description of the Related Art An AC power generator shown as an example is shown in FIG.
A rotor 110 having a field winding 100 as shown in FIG.
And a stator (not shown) having a three-phase armature winding 120, and the field winding 100 is excited by the excitation circuit 130 to rotate the rotor (field) 110. Each phase winding 120a, 120b of the wire 120,
An induced phase voltage is generated in each of 120c. The induced phase voltage is converted (rectified) into direct current by a full-wave rectifier composed of six diodes 140 and supplied to the battery 150 and the electric load 160.

【0003】この交流発電装置は、電気負荷等の増加に
伴って、高出力化(特にエンジン低回転数域での高出力
化)が求められている。そこで、発電出力を向上させる
手段としては、発電機の体格アップ、界磁電流の増
大、およびその発電機で使用する回転数レンジに対応
して電機子巻線の巻線数を選定することが挙げられる。
This AC generator is required to have a high output (in particular, an output in the low engine speed range) as the electric load increases. Therefore, as a means for improving the power generation output, it is possible to increase the size of the generator, increase the field current, and select the number of windings of the armature winding according to the rotation speed range used in the generator. Can be mentioned.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところが、近年では、
エンジンルーム内の搭載スペースが縮小化される傾向に
あることから、高出力化とともに発電機の小型化が要求
されている。しかし、上記の体格アップによる方法
は、図34に示すように、低回転数域から高回転数域ま
での全域で出力の向上を図ることができるが、小型化の
要求に反する。界磁電流を増大する方法では、図35
に示すように、高回転数域での出力向上を図ることはで
きるが、低回転数域での出力向上がそれ程期待できな
い。使用回転数レンジで電機子巻線の巻線数を変更す
る方法では、図36に示すように、巻線数を少なくする
と高回転数域の出力は向上するが、低回転数域の出力が
低下する結果を招くことになる。逆に巻線数を多く選定
して低回転数域の出力向上を図れば、体格が大きくなり
高回転数域の出力が低下してしまう。このように、従来
の発電方式では、発電機の体格を大きく拡大することな
く、特に、発電量が必要な低回転数域の発電出力の向上
を図ることは困難である。従って、発電機の出力を制御
する全く新しい考え方が要求される。
However, in recent years,
Since the mounting space in the engine room tends to be reduced, higher output and smaller size of the generator are required. However, although the above-mentioned method of increasing the physique can improve the output over the entire range from the low rotation speed range to the high rotation speed range as shown in FIG. 34, it is against the demand for miniaturization. In the method of increasing the field current, FIG.
As shown in, the output can be improved in the high speed range, but the output in the low speed range cannot be expected so much. In the method of changing the number of windings of the armature winding in the range of the number of rotations used, as shown in FIG. 36, when the number of windings is reduced, the output in the high rotation speed range is improved, but the output in the low rotation speed range is improved. This will result in a decline. Conversely, if a large number of windings are selected to improve the output in the low rotation speed range, the body size becomes large and the output in the high rotation speed range decreases. As described above, in the conventional power generation method, it is difficult to improve the power generation output particularly in the low rotation speed region where the amount of power generation is required without significantly expanding the size of the generator. Therefore, a completely new way of controlling the output of the generator is required.

【0005】そこで、本願発明者は、出力向上を図るた
めの技術的手段を発電原理に基づいて考察した。その考
察過程を以下に説明する。図37は発電原理を示す1相
モデルの回路図である。この1相モデルでは、電機子抵
抗ra 、電機子インダクタンスL、および負荷抵抗Rが
直列に接続されて、これに交流電圧源(誘起相電圧E0
)が加えられている。従って、負荷抵抗Rの両端に加
わる電圧Vは、図38および図39に示すように、誘起
相電圧E0 に対して位相差δだけ遅れることになる。
Therefore, the inventor of the present application considered technical means for improving the output based on the power generation principle. The consideration process will be described below. FIG. 37 is a circuit diagram of a one-phase model showing the power generation principle. In this one phase model, armature resistance r a, an armature inductance L, and the load resistance R is connected in series, to which an AC voltage source (induced phase voltage E0
) Has been added. Therefore, the voltage V applied across the load resistor R is delayed by the phase difference δ with respect to the induced phase voltage E 0 as shown in FIGS. 38 and 39.

【0006】この位相差δは、Rおよびra とωLとの
関係により受動的に決定されて、以下の数式により求め
られる。
This phase difference δ is passively determined by the relationship between R and r a and ωL, and is obtained by the following mathematical formula.

【数1】δ=tan-1{ωL/(R+ra )} ω:電気角速度[ω=(p/2)×(n/60)×2
π] p:磁極数 n:回転数(rpm) 一方、負荷抵抗Rに流れる相電流Iは、以下の数式より
求めることができる。
## EQU1 ## δ = tan −1 {ωL / (R + r a )} ω: Electrical angular velocity [ω = (p / 2) × (n / 60) × 2
π] p: Number of magnetic poles n: Number of rotations (rpm) On the other hand, the phase current I flowing through the load resistance R can be obtained by the following mathematical formula.

【数2】I=(E0 −Vcosδ)/Zss :同期インピーダンス[= {(ωL)2
a 2 }]
## EQU2 ## I = (E 0 −V cos δ) / Z s Z s : Synchronous impedance [= {(ωL) 2 +
r a 2 }]

【0007】ここで、低回転数域では周波数が低いこと
から、ωが小さくなる。従って、ωLが小さくなること
から、上記の数1よりδは小さくなる。つまり回転数が
低い程、誘起相電圧E0 に対する電圧Vの遅れが小さく
なると言える。このため、回転数が低くなる程、つまり
δが小さくなる程、上記の数2におけるcosδが大き
くなることから、負荷抵抗Rに流れる相電流Iは小さく
なる。その結果、発電出力Pも小さくなる(図40参
照)。
Here, since the frequency is low in the low rotation speed range, ω becomes small. Therefore, since ωL becomes smaller, δ becomes smaller than the above expression 1. That is, it can be said that the lower the rotational speed, the smaller the delay of the voltage V with respect to the induced phase voltage E 0 . Therefore, the lower the rotational speed, that is, the smaller δ, the larger cos δ in the above equation 2, so the phase current I flowing through the load resistance R becomes smaller. As a result, the power generation output P also decreases (see FIG. 40).

【0008】以上の結果より、低速回転時においてもE
0 とVとの位相差δを大きく取ることができれば、Iが
大きくなって全体の出力電流が増大することにより、発
電出力Pの向上を図ることができるのではないかと発明
者は考えた。そこで、発明者は、電機子に発生する誘起
線間電圧(または誘起相電圧)に対して任意の電気角だ
け遅れた交流電圧を隣合う相巻線間(または相巻線)に
印加して、誘起線間電圧(または誘起相電圧)に対して
遅れた位相の合成電圧を作ることにより、E0 とVとの
位相差δを大きくできることに着眼した。本発明は、上
記事情に基づいて成されたもので、その目的は、まず、
新しい制御方法を提供すること、また体格を拡大するこ
となく発電出力(特に低回転数域)の向上を図ることの
できる交流発電装置を提供することにある。
From the above results, E can be obtained even at low speed rotation.
The inventor has considered that if the phase difference δ between 0 and V can be made large, I can be increased and the overall output current can be increased, so that the power generation output P can be improved. Therefore, the inventor applies an AC voltage delayed by an arbitrary electrical angle to the induced line voltage (or induced phase voltage) generated in the armature between adjacent phase windings (or phase windings). , It was noted that the phase difference δ between E 0 and V can be increased by creating a combined voltage having a phase delayed with respect to the induced line voltage (or induced phase voltage). The present invention has been made based on the above circumstances.
An object of the present invention is to provide a new control method, and to provide an AC generator capable of improving the power generation output (particularly in the low rotation speed range) without expanding the physique.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、請求項1では、界磁巻線を有し、この界
磁巻線に界磁電流が流れることで磁束を発生する界磁
と、n個の相巻線を結線して成る電機子巻線を有し、前
記界磁との相対回転に伴って前記相巻線に誘起相電圧が
発生する電機子と、前記電機子巻線に結線された少なく
ともn個のスイッチング素子を備え、少なくともこれら
のスイッチング素子によって、前記相巻線に発生する誘
起相電圧を全波整流して負荷に供給するブリッジ形全波
整流回路を形成するとともに、その全波整流回路の出力
電圧の一部を前記電機子巻線の一部に交流電圧として印
加する電圧印加回路を形成するスイッチング手段と、前
記電圧印加回路により前記電機子巻線の一部に印加され
る交流電圧の位相が、隣り合う前記相巻線間に発生する
誘起線間電圧の位相に対して任意の遅れ角を有するとと
もに前記電機子巻線へ向けて前記印加される交流電圧の
位相に対し進み角を有する進相電流を流すように前記ス
イッチング素子を駆動する駆動回路とを備えるという技
術的手段を採用するものである。
In order to achieve the above object, the present invention has a field winding according to claim 1, and a magnetic field is generated in the field winding to generate a magnetic flux. And an armature winding formed by connecting n phase windings to each other, and an armature in which an induced phase voltage is generated in the phase winding due to relative rotation with the field, A bridge-type full-wave rectification circuit including at least n switching elements connected to the armature winding, and at least these switching elements perform full-wave rectification of the induced phase voltage generated in the phase winding to supply the load. And a switching means for forming a voltage applying circuit for applying a part of the output voltage of the full-wave rectifier circuit to a part of the armature winding as an AC voltage, and the armature winding by the voltage applying circuit. The phase of the AC voltage applied to a part of the wire A phase advance having an arbitrary delay angle with respect to the phase of the induced line voltage generated between the adjacent phase windings and having a lead angle with respect to the phase of the applied AC voltage toward the armature winding. The technical means of including a drive circuit for driving the switching element so as to flow a current is adopted.

【0010】請求項2では、請求項1に記載された交流
発電装置において、前記全波整流回路の出力電圧に基づ
いて前記界磁電流を制御する界磁電流制御手段と、発電
出力を検出する発電出力検出手段と、前記界磁と前記電
機子との相対回転数を検出する相対回転数検出手段と、
任意の発電出力および前記界磁と前記電機子との任意の
相対回転数の時に、損失最小の界磁電流と相電流との組
み合わせとなる前記遅れ角が予め記憶された制御マップ
を備え、前記発電出力検出手段および前記相対回転数検
出手段により得られた情報に対応して前記制御マップよ
り前記遅れ角を設定するマップ回路とを備えたことを特
徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the AC generator according to the first aspect, field current control means for controlling the field current based on the output voltage of the full-wave rectifier circuit, and the power generation output are detected. Power generation output detection means, relative rotation speed detection means for detecting the relative rotation speed of the field and the armature,
At any given power generation output and at any relative rotation speed of the field and the armature, a control map in which the delay angle that is a combination of the field current with the minimum loss and the phase current is stored in advance, And a map circuit for setting the delay angle from the control map in correspondence with the information obtained by the power generation output detection means and the relative rotation speed detection means.

【0011】請求項3では、請求項1に記載された交流
発電装置において、前記全波整流回路の出力電圧に基づ
いて前記界磁電流を制御する界磁電流制御手段と、発電
負荷トルクを検出する発電負荷トルク検出手段と、前記
発電負荷トルク検出手段によって得られた情報より前記
発電負荷トルクが最小となるように前記遅れ角を設定す
るフィードバック回路とを備えたことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the alternating-current power generator according to the first aspect, field current control means for controlling the field current based on the output voltage of the full-wave rectifier circuit, and power generation load torque are detected. And a feedback circuit for setting the delay angle so that the power generation load torque is minimized based on the information obtained by the power generation load torque detection means.

【0012】請求項4では、請求項1に記載された交流
発電装置において、前記電機子巻線の一部とは、隣合う
前記相巻線相互の線間であることを特徴とする。請求項
5では、請求項1に記載された交流発電装置において、
前記電機子巻線の一部とは、前記相巻線であることを特
徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the AC generator according to the first aspect, a part of the armature winding is a space between adjacent phase windings. According to a fifth aspect, in the alternating-current power generation device according to the first aspect,
A part of the armature winding is the phase winding.

【0013】請求項6では、請求項1に記載された交流
発電装置において、前記任意の遅れ角は、30〜120
°の範囲内から決定された角度であることを特徴とす
る。請求項7では、請求項1に記載された交流発電装置
において、前記電圧印加回路により印加される交流電圧
は、ステップ状に変化する擬似的正弦波から成ることを
特徴とする。
According to a sixth aspect, in the AC generator according to the first aspect, the arbitrary delay angle is 30 to 120.
The angle is determined from within the range of °. According to a seventh aspect, in the alternating-current power generator according to the first aspect, the alternating voltage applied by the voltage applying circuit is a pseudo sine wave that changes stepwise.

【0014】請求項8では、請求項1に記載された交流
発電装置において、前記電圧印加回路により印加される
交流電圧は、PWM制御により形成された矩形パルス群
から成ることを特徴とする。請求項9では、請求項1に
記載された交流発電装置において、前記スイッチング素
子は、前記電圧印加回路を構成するスイッチング素子部
分と前記ブリッジ形全波整流回路を構成するスイッチン
グ素子部分とから成ることを特徴とする。
According to an eighth aspect of the present invention, in the alternating-current power generator according to the first aspect, the alternating voltage applied by the voltage applying circuit is composed of a rectangular pulse group formed by PWM control. According to a ninth aspect, in the AC generator according to the first aspect, the switching element includes a switching element portion that constitutes the voltage application circuit and a switching element portion that constitutes the bridge type full-wave rectification circuit. Is characterized by.

【0015】請求項10では、請求項1に記載された交
流発電装置において、前記電圧印加回路を構成する前記
スイッチング素子部分はトランジスタであり、前記ブリ
ッジ形全波整流回路を構成する前記スイッチング素子部
分はダイオードであることを特徴とする。請求項11で
は、請求項1に記載された交流発電装置において、前記
電圧印加回路を構成する前記スイッチング素子部分と前
記ブリッジ形全波整流回路を構成するスイッチング素子
部分とは一体の素子から成ることを特徴とする。
According to a tenth aspect, in the AC generator according to the first aspect, the switching element portion forming the voltage application circuit is a transistor, and the switching element portion forming the bridge type full-wave rectification circuit. Is a diode. In the eleventh aspect, in the AC generator according to the first aspect, the switching element portion forming the voltage application circuit and the switching element portion forming the bridge type full-wave rectification circuit are integrated elements. Is characterized by.

【0016】請求項12では、請求項1に記載された交
流発電装置において、前記スイッチング素子は、IGB
Tであることを特徴とする。請求項13では、請求項1
に記載された交流発電装置において、前記スイッチング
素子は、MOS−FETであることを特徴とする。
According to a twelfth aspect, in the AC generator according to the first aspect, the switching element is an IGBT.
It is characterized by being T. In claim 13, claim 1
In the AC power generator described in paragraph 1, the switching element is a MOS-FET.

【0017】[0017]

【作用および発明の効果】本発明の構成とすることによ
り、誘起相電圧もしくは誘起線間電圧に対して遅れた位
相の合成電圧を作成し、電機子巻き線へ向けて電流を流
すようにしたので交流発電装置の出力を任意に制御する
ことが可能となる。特に発電機の低回転数時において出
力電流を増加させることができるので、発電機の出力を
向上させることができる。また、前記出力を下げる方向
にも制御できるので、界磁の磁束が一定である場合にも
出力制御が可能となる。また、制御態様によっては、回
転数に係わらず出力を向上することができ、出力の割に
体格の小さな発電装置が提供できる。
With the configuration of the present invention, a composite voltage having a phase delayed with respect to the induced phase voltage or the induced line voltage is created and a current is caused to flow toward the armature winding. Therefore, it becomes possible to arbitrarily control the output of the AC generator. In particular, since the output current can be increased when the generator has a low rotation speed, the output of the generator can be improved. Further, since the output can be controlled in the direction of lowering it, the output can be controlled even when the magnetic flux of the field is constant. Further, depending on the control mode, it is possible to improve the output regardless of the number of revolutions, and it is possible to provide a power generation device having a small size for the output.

【0018】このように、全波整流回路が従来の如く、
全く受動的に発電機子からの電圧を受けるのでなく、自
らの方からも、前記電圧に干渉する印加交流電圧を発生
することにより、自らに働き掛ける電機子出力のモード
を変更せしめて、全波整流回路の直流出力をコントロー
ルできる。
In this way, the full-wave rectifier circuit is
Instead of receiving the voltage from the generator completely passively, by generating an applied AC voltage that also interferes with the voltage from itself, it is possible to change the mode of the armature output that acts on itself, and the full wave The DC output of the rectifier circuit can be controlled.

【0019】請求項2によれば、発電出力検出手段で検
出される発電出力、および相対回転数検出手段で検出さ
れる界磁と電機子との相対回転数に対応する遅れ角が制
御マップより設定される。この制御マップより設定され
た遅れ角は、任意の発電出力および界磁と電機子との任
意の相対回転数の時に、損失最小(即ち効率最大)の界
磁電流と相電流との組み合わせとなる遅れ角であること
から、その遅れ角をもつようにスイッチング素子を駆動
することにより、常に最大効率で発電を行うことができ
る。
According to the second aspect, the delay angle corresponding to the power generation output detected by the power generation output detection means and the relative rotation speed between the field and the armature detected by the relative rotation speed detection means is calculated from the control map. Is set. The delay angle set from this control map is a combination of the field current and the phase current with the minimum loss (that is, the maximum efficiency) at an arbitrary power generation output and an arbitrary relative rotation speed of the field and the armature. Since it is a delay angle, it is possible to always generate power with maximum efficiency by driving the switching element so as to have that delay angle.

【0020】請求項3によれば、フィードバック回路に
より発電負荷トルクが最小となるように、即ち発電効率
が最大となるように遅れ角が設定される。従って、その
遅れ角をもつようにスイッチング素子を駆動することに
より、常に最大効率で発電を行うことができる。
According to the third aspect, the delay angle is set by the feedback circuit so that the power generation load torque is minimized, that is, the power generation efficiency is maximized. Therefore, by driving the switching element so as to have the delay angle, it is possible to always generate power with maximum efficiency.

【0021】請求項6においては、遅れ角として30〜
120°の角度を選定することにより、電機子に発生す
る電圧と電圧印加回路により電機子に印加される交流電
圧との位相差が大きくなり、大きな電流が発電機と全波
整流回路の入力側との間に流れるようになる。この結
果、全波整流回路の出力側から得られる発電出力(直流
出力)の向上を図ることができる。
In the sixth aspect, the delay angle is 30 to
By selecting the angle of 120 °, the phase difference between the voltage generated in the armature and the AC voltage applied to the armature by the voltage application circuit becomes large, and a large current flows in the generator and the input side of the full-wave rectification circuit. It comes to flow between and. As a result, the power generation output (DC output) obtained from the output side of the full-wave rectifier circuit can be improved.

【0022】[0022]

【実施例】次に、本発明の第1実施例を図1〜13に基
づいて説明する。図1は車両用発電装置の全体構成図で
ある。本実施例の車両用発電装置1は、界磁巻線2を有
する回転子3(界磁)、電機子巻線4を有する固定子
5、界磁巻線2を励磁するための励磁回路(下述す
る)、電機子巻線4に誘起された交流電圧を全波整流す
る全波整流回路(下述する)、この全波整流回路の出力
電圧の一部を固定子5(電機子)に印加する電圧印加回
路(下述する)、界磁巻線2の磁束方向と電機子巻線4
との相対的な回転位置を検出する磁気センサ6、7、
8、磁気センサ6〜8の出力を増幅する増幅回路9、増
幅回路9の出力に基づいて電圧印加回路を制御する位相
制御回路10、および励磁回路を制御する制御回路11
より構成されている。
Next, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is an overall configuration diagram of a vehicle power generator. The vehicle generator 1 of this embodiment includes a rotor 3 (field) having a field winding 2, a stator 5 having an armature winding 4, and an exciting circuit for exciting the field winding 2 ( (Described below), a full-wave rectification circuit for full-wave rectifying the AC voltage induced in the armature winding 4 (described below), and a part of the output voltage of this full-wave rectification circuit is used for the stator 5 (armature). Voltage applying circuit (described below), the magnetic flux direction of the field winding 2 and the armature winding 4
Magnetic sensors 6, 7 for detecting the relative rotational position with respect to
8, an amplifier circuit 9 that amplifies the outputs of the magnetic sensors 6 to 8, a phase control circuit 10 that controls the voltage application circuit based on the output of the amplifier circuit 9, and a control circuit 11 that controls the excitation circuit.
It is composed of

【0023】回転子3は、界磁巻線2が励磁回路より励
磁されることで界磁として働き、エンジン(図示しな
い)の回転動力を受けて回転駆動(図1の反時計方向)
される。電機子巻線4は、Y結線された3個の相巻線4
a、4b、4cより成り、回転子3の回転に伴って相巻
線4a、4b、4cの順に電気角で120°の位相差を
持った誘起相電圧が発生する。励磁回路は、励磁電流の
断続を行なうトランジスタ12と、このトランジスタ1
2と直列に接続されたダイオード13とから成る。
The rotor 3 functions as a field when the field winding 2 is excited by the excitation circuit, and is rotationally driven by the rotational power of an engine (not shown) (counterclockwise direction in FIG. 1).
To be done. The armature winding 4 is a three-phase winding 4 that is Y-connected.
a, 4b, and 4c, and an induced phase voltage having a phase difference of 120 ° in electrical angle is generated in the order of the phase windings 4a, 4b, and 4c as the rotor 3 rotates. The exciting circuit includes a transistor 12 for connecting and disconnecting the exciting current, and the transistor 1
2 and a diode 13 connected in series.

【0024】全波整流回路(本発明のスイッチング手
段)は、6個のダイオード14a〜14f(本発明のス
イッチング素子)をブリッジ形に接続して構成されたも
ので、整流後の出力電圧がバッテリ15および電気負荷
16に供給される。電圧印加回路(本発明のスイッチン
グ手段)は、全波整流回路の各ダイオード14a〜14
fとそれぞれ並列に接続された6個のトランジスタ17
a〜17f(本発明のスイッチング素子)により構成さ
れている。この各トランジスタ17a〜17fは、ダイ
オード14a〜14fに対して導通方向が逆方向となる
ように接続されている。
The full-wave rectifier circuit (switching means of the present invention) is constructed by connecting six diodes 14a to 14f (switching elements of the present invention) in a bridge shape, and the output voltage after rectification is the battery. 15 and electric load 16. The voltage application circuit (switching means of the present invention) is composed of the diodes 14a to 14 of the full-wave rectification circuit.
6 transistors 17 connected in parallel with f
a to 17f (switching element of the present invention). The transistors 17a to 17f are connected so that the conduction directions are opposite to the diodes 14a to 14f.

【0025】磁気センサ6〜8(本発明の位置検出手
段)は、例えば、図2に示すように、ホール素子6a〜
8aを用いたものであり、ホール素子6a〜8aに駆動
電流を流して、その受感面に加わる磁束の直交成分に応
じた電圧を発生するものである。この磁気センサ6〜8
は、各相巻線4a〜4cに対してそれぞれ電気角で90
°遅れた位置に3個設置されている。増幅回路9は、各
磁気センサ6〜8の出力をそれぞれ増幅するために、図
3に示すように、3つの作動増幅回路9a、9b、9c
より構成されている。
The magnetic sensors 6 to 8 (position detecting means of the present invention) are, for example, as shown in FIG.
8a is used, and a drive current is passed through the Hall elements 6a to 8a to generate a voltage according to the orthogonal component of the magnetic flux applied to the sensing surface. This magnetic sensor 6-8
Is 90 in electrical angle with respect to each of the phase windings 4a to 4c.
° Three are installed at the delayed position. The amplifier circuit 9 has three operation amplifier circuits 9a, 9b, and 9c for amplifying the outputs of the magnetic sensors 6 to 8, respectively, as shown in FIG.
It is composed of

【0026】位相制御回路10(本発明の駆動回路)
は、増幅回路9の出力をデジタル変換して作成した制御
信号により電圧印加回路の各トランジスタ17a〜17
fを制御するもので、図4に示すように、ヒステリシス
幅を任意に設定することのできる3つのヒステリシス回
路10a、10b、10cと、このヒステリシス回路1
0a〜10cの出力信号と反対の信号を出力する3つの
NOT回路10d、10e、10fより構成されてい
る。制御回路11は周知のものから成り、バッテリ15
の電圧を検出するS端子、イグニッションスイッチ18
を介してバッテリ15に接続されるIG端子、および励
磁回路のトランジスタ(ベース)12に接続されるD端
子が設けられている。
Phase control circuit 10 (driving circuit of the present invention)
Are transistors 17a to 17 of the voltage applying circuit according to a control signal created by digitally converting the output of the amplifier circuit 9.
As shown in FIG. 4, three hysteresis circuits 10a, 10b, and 10c, which control f, and whose hysteresis width can be arbitrarily set, and this hysteresis circuit 1
It is composed of three NOT circuits 10d, 10e, and 10f that output signals opposite to the output signals of 0a to 10c. The control circuit 11 is made of a well-known one, and the battery 15
Terminal for detecting the voltage of the Ignition switch 18
There is provided an IG terminal connected to the battery 15 via the, and a D terminal connected to the transistor (base) 12 of the excitation circuit.

【0027】次に、本実施例の作動を説明する。図1の
イグニッションスイッチ18のONによって制御回路1
1のIG端子とバッテリ15とが接続されると、制御回
路11はバッテリ15の電圧を検出して、そのバッテリ
電圧に見合った発電出力となるように励磁回路のトラン
ジスタ12をデューティ制御して、界磁巻線2を適当な
電流で励磁する。
Next, the operation of this embodiment will be described. The control circuit 1 is turned on by turning on the ignition switch 18 in FIG.
When the IG terminal of No. 1 and the battery 15 are connected, the control circuit 11 detects the voltage of the battery 15 and duty-controls the transistor 12 of the excitation circuit so as to obtain a power generation output corresponding to the battery voltage. The field winding 2 is excited with an appropriate current.

【0028】この界磁巻線2を有する回転子3がエンジ
ンにより回転駆動されることにより、固定子5の電機子
巻線4には、相巻線4a、4b、4cの順に120°の
位相差を持った誘起相電圧Eu 、Ev 、Ew が発生する
(図5(a)参照)。この時、隣合う相巻線4aと4
b、4bと4c、4cと4a間に発生する誘起線間電圧
Eu-v 、Ev-w 、Ew-u は、誘起相電圧Eu 、Ev 、E
w に対してそれぞれ電気角で30°進んだ位相となる
(図5(b)参照)。なお、Eu−v=Eu−Ev、E
v−w=Ev−Ew、Ew−u=Ew−Euである。
When the rotor 3 having the field winding 2 is rotationally driven by the engine, the armature winding 4 of the stator 5 has the phase windings 4a, 4b, 4c arranged in the order of 120 °. Induced phase voltages Eu, Ev, and Ew having a phase difference are generated (see FIG. 5A). At this time, the adjacent phase windings 4a and 4
The induced line voltages Eu-v, Ev-w, Ew-u generated between b, 4b and 4c, 4c and 4a are induced phase voltages Eu, Ev, E.
The phase is advanced by an electrical angle of 30 ° with respect to w (see FIG. 5 (b)). Note that Eu-v = Eu-Ev, E
vw = Ev-Ew and Ew-u = Ew-Eu.

【0029】また、回転子3の回転に伴って、各磁気セ
ンサ6〜8に電気角で120°の位相差を持ったセンサ
出力u、v、wが発生する。各磁気センサ6〜8は、そ
れぞれ相巻線4a、4b、4cに対して電気角で90°
遅れた位置に設置されていることから、各センサ出力
u、v、wは、それぞれ誘起相電圧Eu 、Ev 、Ew と
同位相となる(図5(c)参照)。
Further, as the rotor 3 rotates, sensor outputs u, v, w having a phase difference of 120 ° in electrical angle are generated in each magnetic sensor 6-8. Each magnetic sensor 6 to 8 has an electrical angle of 90 ° with respect to the phase windings 4a, 4b, and 4c.
Since they are installed at the delayed positions, the sensor outputs u, v, w have the same phase as the induced phase voltages Eu, Ev, Ew, respectively (see FIG. 5 (c)).

【0030】この各センサ出力u、v、wは、増幅回路
9によってそれぞれ増幅されて、位相制御回路10へ取
り込まれる。位相制御回路10では、ヒステリシス回路
10a〜10cによってセンサ出力u、v、w(増幅回
路9の出力)より電気角で60°遅れたデジタル信号U
0 、U1 、V0 、V1 、W0 、W1 (図6(a)参照)
が作成されて、このデジタル信号U0 、U1 、V0 、V
1 、W0 、W1 に基づいて電圧印加回路の各トランジス
タ17a〜17fが駆動されることにより、隣合う相巻
線4aと4b、4bと4c、4cと4a間に交流電圧V
u-v 、Vv-w 、Vw-u が印加される(図6(b)参
照)。
The respective sensor outputs u, v, w are amplified by the amplifier circuit 9 and taken into the phase control circuit 10. In the phase control circuit 10, the hysteresis circuits 10a to 10c cause a digital signal U delayed by 60 ° in electrical angle from the sensor outputs u, v, and w (output of the amplifier circuit 9).
0, U1, V0, V1, W0, W1 (see FIG. 6 (a))
Is created and these digital signals U0, U1, V0, V
By driving the transistors 17a to 17f of the voltage applying circuit based on 1, W0 and W1, an AC voltage V is applied between the adjacent phase windings 4a and 4b, 4b and 4c, 4c and 4a.
UV, Vv-w, and Vw-u are applied (see FIG. 6B).

【0031】この印加交流電圧(印加線間電圧)Vu-v
、Vv-w 、Vw-u は、それぞれ誘起相電圧Eu 、Ev
、Ew に対して電気角で30°遅れることから、図5
(b)に示す誘起線間電圧Eu-v 、Ev-w 、Ew-u に対
しては、それぞれ電気角で60°遅れることになる。こ
の時、印加交流電圧Vu-v 、Vv-w 、Vw-u によって得
られる印加相電圧Vu 、Vv 、Vw も、また誘起相電圧
Eu 、Ev 、Ew (図5(a)参照)に対してそれぞれ
電気角で60°遅れている(図6(c)参照)。
This applied AC voltage (applied line voltage) Vu-v
, Vv-w and Vw-u are induced phase voltages Eu and Ev, respectively.
, Ew is delayed by 30 ° in terms of electrical angle.
With respect to the induced line voltages Eu-v, Ev-w, and Ew-u shown in (b), the electrical angles are delayed by 60 °. At this time, the applied phase voltages Vu, Vv, Vw obtained by the applied AC voltages Vu-v, Vv-w, Vw-u are also relative to the induced phase voltages Eu, Ev, Ew (see FIG. 5 (a)). Each is delayed by 60 ° in electrical angle (see FIG. 6 (c)).

【0032】なお、誘起線間電圧Eu-v 、Ev-w 、Ew-
u に対する印加交流電圧Vu-v 、Vv-w 、Vw-u の遅れ
角は、ヒステリシス回路10a〜10cによって設定さ
れるヒステリシス幅により電気角で0〜90°まで変更
可能であるが、それ以上の遅れ角を設定する場合は、磁
気センサ6〜8の位置変更によって対応することができ
る。
The induced line voltages Eu-v, Ev-w, Ew-
The delay angles of the applied AC voltages Vu-v, Vv-w, and Vw-u with respect to u can be changed from 0 to 90 ° in electrical angle according to the hysteresis width set by the hysteresis circuits 10a to 10c. The delay angle can be set by changing the positions of the magnetic sensors 6 to 8.

【0033】ここで、本実施例の発電方式による効果
を、従来の発電方式との比較に基づいて説明する。従来
の発電方式では、図25に示したように、電機子抵抗r
a 、電機子インダクタンスL、および負荷抵抗Rが直列
に接続されて、これに交流電圧源(誘起相電圧E0 )が
加えられており、負荷抵抗Rの両端に加わる電圧Vは、
誘起相電圧E0 に対して位相差δだけ遅れることにな
る。
Here, the effect of the power generation system of this embodiment will be described based on comparison with the conventional power generation system. In the conventional power generation method, as shown in FIG.
a , an armature inductance L, and a load resistance R are connected in series, an AC voltage source (induced phase voltage E 0 ) is applied to this, and the voltage V applied across the load resistance R is
The phase difference δ is delayed with respect to the induced phase voltage E 0 .

【0034】そして、この位相差δは、従来技術の項で
説明したように、Rおよびra とωLとの関係(数1参
照)により受動的に決定されるため、回転数が低い時
(ωが小さく、このωを無視できる時)は、δ=0°と
見做され、相電流Iは以下の式で求められる。ただし、
k、k′は比例定数である。
Since the phase difference δ is passively determined by the relationship between R and r a and ωL (see Formula 1) as described in the section of the prior art, when the rotational speed is low ( When ω is small and this ω can be ignored), δ = 0 ° is considered, and the phase current I is obtained by the following equation. However,
k and k'are proportional constants.

【数3】I=(E0 −V)/ZS =(E0 −V)/ra =(kω−V)/ra ## EQU3 ## I = (E 0 -V) / Z S = (E 0 -V) / r a = (kω-V) / r a

【0035】また、回転数が高い時(ωが大であり、こ
のωに比し抵抗ra が無視できる時)は、δ=90°と
見做すと、相電流Iは以下の式で求められる。
When the rotation speed is high (ω is large and the resistance r a is negligible compared to ω), it is considered that δ = 90 °, and the phase current I is calculated by the following equation. Desired.

【数4】I=E0 /ZS =E0 /ωL =k′/L この結果、従来の発電方式では、回転数に対して、図7
の破線グラフで示す出力電流が得られる。
Equation 4] I = E 0 / Z S = E 0 / ωL = k '/ L As a result, in the conventional power generation, with respect to the rotational speed, FIG. 7
The output current shown by the broken line graph is obtained.

【0036】一方、本実施例の発電方式(1相モデルの
回路図を図8に示す)では、電圧印加回路を構成する各
トランジスタ17a〜17fの駆動タイミングによりδ
を任意の角度に設定することができる。そこで、例え
ば、図9および図10に示すように、電圧Vに対する相
電圧Eはδだけ遅れ角を有するように制御し、例えばδ
=90°とすれば、相電流Iは電気角ψだけ進み角を有
する形、すなわち進相電流として流れる。回転数が低い
時(ω=小)、相電流Iは以下の式で求められる。
On the other hand, in the power generation method of the present embodiment (a circuit diagram of the one-phase model is shown in FIG. 8), δ is set depending on the drive timing of each of the transistors 17a to 17f forming the voltage application circuit.
Can be set to any angle. Therefore, for example, as shown in FIGS. 9 and 10, the phase voltage E with respect to the voltage V is controlled to have a delay angle of δ, and for example, δ
= 90 °, the phase current I flows in a form having a lead angle of the electrical angle ψ, that is, as a phase advance current. When the rotation speed is low (ω = small), the phase current I is obtained by the following equation.

【数5】I=E0 /ZS =E0 /ra =kω/ra ## EQU5 ## I = E 0 / Z S = E 0 / r a = kω / r a

【0037】また、回転数が高い時(ω=大)、相電流
Iは以下の式で求められる。
When the rotation speed is high (ω = large), the phase current I is obtained by the following equation.

【数6】I=E0 /ZS =E0 /ωL =k′/L この結果、図11に示すように1相の出力は、周期的に
電動状態として出力される領域が発生し、この領域によ
り、発電機の発電力をアシストする形となる。そのた
め、本実施例の発電方式では、回転数に対して、図7の
実線グラフで示す出力電流が得られ、従来の発電方式と
比べて低回転数域での出力が向上する(図11参照)。
## EQU6 ## I = E 0 / Z S = E 0 / ωL = k '/ L As a result, as shown in FIG. 11, a one-phase output is periodically generated in an electrically driven state, Due to this region, the power generation of the generator is assisted. Therefore, in the power generation method of the present embodiment, the output current shown by the solid line graph in FIG. 7 is obtained with respect to the rotation speed, and the output in the low rotation speed range is improved compared to the conventional power generation method (see FIG. 11). ).

【0038】なお、誘起線間電圧Eu-v 、Ev-w 、Ew-
u に対する印加交流電圧Vu-v 、Vv-w 、Vw-u の遅れ
角(位相差)δと発電電流および発電効率との関係を図
12、図13に示す。本実施例の発電方式によれば、図
12の一点鎖線グラフで示すように、遅れ角δ=90°
の時に略全回転数域で発電電流が最大となり、図13の
実線グラフで示すように、遅れ角δ=60°の時に略全
回転数域において最大効率で発電することができる。従
って、遅れ角を約90°(75〜110°)に設定する
と高出力が得られ、遅れ角を約60°(40〜75°)
に設定すると高効率が得られる。
The induced line voltages Eu-v, Ev-w, Ew-
12 and 13 show the relationship between the delay angle (phase difference) δ of the applied AC voltages Vu-v, Vv-w, and Vw-u with respect to u and the generated current and generated efficiency. According to the power generation method of the present embodiment, the delay angle δ = 90 °, as shown by the one-dot chain line graph in FIG.
At this time, the generated current becomes maximum in almost all the rotation speed regions, and as shown by the solid line graph in FIG. 13, when the delay angle δ = 60 °, it is possible to generate power with maximum efficiency in substantially all the rotation speed regions. Therefore, if the delay angle is set to about 90 ° (75 to 110 °), high output is obtained, and the delay angle is set to about 60 ° (40 to 75 °).
High efficiency can be obtained by setting to.

【0039】次に、本発明の第2実施例を説明する。図
14は第2実施例に係わる車両用発電装置1の全体構成
図である。本実施例は、3個の相巻線4a〜4cをΔ結
線として、各相巻線4a〜4cに発生する誘起相電圧に
対して、図16(d)に示すように、それぞれ電気角で
30°遅れた交流電圧(擬似正弦波)を各相巻線4a〜
4cに印加する例を示すものである。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 14 is an overall configuration diagram of the vehicular power generation device 1 according to the second embodiment. In the present embodiment, the three phase windings 4a to 4c are Δ-connected, and the induced phase voltage generated in each of the phase windings 4a to 4c is represented by an electrical angle, as shown in FIG. 16 (d). AC voltage (pseudo sine wave) delayed by 30 ° is applied to each phase winding 4a ...
4c shows an example of application to 4c.

【0040】次に、本発明の第3実施例を説明する。図
17は第3実施例に係わる車両用発電装置1の全体構成
図である。本実施例では、第1実施例で説明した位相制
御回路10の代わりにPWM発生回路19を備える。こ
のPWM発生回路19は、センサ出力(図18(c)参
照)に基づいて作成したパルス信号(図19(d)参
照)により電圧印加回路を構成する各トランジスタ17
a〜17fを駆動する。これにより、矩形パルス群より
成る交流電圧(図19(e)参照)が、固定子5に発生
する線間電圧に対してそれぞれ電気角で60°遅れた位
相で隣合う相巻線4aと4b、4bと4c、4cと4a
間に印加される。
Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 17 is an overall configuration diagram of the vehicular power generation device 1 according to the third embodiment. In this embodiment, a PWM generation circuit 19 is provided instead of the phase control circuit 10 described in the first embodiment. The PWM generation circuit 19 includes transistors 17 that form a voltage application circuit based on a pulse signal (see FIG. 19D) created based on a sensor output (see FIG. 18C).
Drive a to 17f. As a result, the AC voltage composed of the rectangular pulse group (see FIG. 19E) is adjacent to the phase windings 4a and 4b at a phase delayed by 60 ° in electrical angle with respect to the line voltage generated in the stator 5. 4b and 4c, 4c and 4a
Applied between.

【0041】次に、本発明の第4実施例を説明する。図
20は第4実施例に係わる車両用発電装置1の全体構成
図である。本実施例の車両用発電装置1は、第1実施例
で説明した各構成要素(説明は省略する)の他に、全波
整流回路で全波整流された直流出力電流を検出する電流
センサ20(本発明の発電出力検出手段)、磁気センサ
6のセンサ出力uより電気角速度を算出するF/V変換
回路21(本発明の相対回転数検出手段)、および位相
制御回路10を制御するマップ回路22を備える。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 20 is an overall configuration diagram of the vehicular power generation device 1 according to the fourth embodiment. The vehicular power generation device 1 of the present embodiment includes a current sensor 20 for detecting a DC output current that is full-wave rectified by a full-wave rectification circuit, in addition to the components (explanation thereof) described in the first embodiment. (Power generation output detection means of the present invention), F / V conversion circuit 21 (relative rotation speed detection means of the present invention) that calculates an electrical angular velocity from the sensor output u of the magnetic sensor 6, and map circuit that controls the phase control circuit 10. 22 is provided.

【0042】マップ回路22は、回転子3と固定子5と
の任意の相対回転数および任意の発電出力に対して、損
失最小の界磁電流と相電流との組み合わせとなる遅れ角
がマッピング(記憶)された制御マップ(図示しない)
を備え、この制御マップで設定される遅れ角に対応した
ヒステリシス設定値を位相制御回路10(図21参照)
へ出力する。
The map circuit 22 maps a delay angle, which is a combination of the field current and the phase current with the minimum loss, to an arbitrary relative rotational speed between the rotor 3 and the stator 5 and an arbitrary power generation output ( Stored control map (not shown)
And the hysteresis setting value corresponding to the delay angle set by this control map is set to the phase control circuit 10 (see FIG. 21).
Output to.

【0043】ここで、発電効率向上の原理について説明
する。本実施例の交流発電装置1は、図22に示す1相
モデルおよび図23に示すベクトル図で表すことができ
る。また、相電流Iは、以下の式により求められる。
Here, the principle of improving power generation efficiency will be described. The AC generator 1 of this embodiment can be represented by the one-phase model shown in FIG. 22 and the vector diagram shown in FIG. Further, the phase current I is calculated by the following formula.

【数7】 [Equation 7]

【0044】そして、直流として取り出し可能な出力P
は、3相発電機の場合、以下の式により求められる。
The output P that can be taken out as DC
Is calculated by the following equation in the case of a three-phase generator.

【数8】P=IDCDC =3VIcosψ =3(VE0 /Zs )sinδ……(式の導出は省略す
る)
[Equation 8] P = I DC V DC = 3VIcosψ = 3 (VE 0 / Z s) sinδ ...... ( derivation of the formula will be omitted)

【0045】なお、上記の各式で用いた記号を以下に示
す。 P :発電出力 I :相電流 E0 :誘起相電圧(=界磁電流If の関数) V :端子電圧(一定) Zs :同期インピーダンス[= {(ωL)2
a 2 }] L :同期インダクタンス ra :電機子抵抗(相抵抗) δ :負荷角(遅れ角) ψ :力率角 ψs :=tan-1(ωL/ra ) ω :電気角速度(=極数/2×2πn/60) n :回転数(rpm) IDC:直流出力電流 VDC:直流電圧
The symbols used in the above equations are shown below. P: Power Output I: phase current E 0: induced phase voltage (= field current I functions f) V: terminal voltage (constant) Z s: synchronous impedance [= {(ωL) 2 +
r a 2}] L: synchronous inductance r a: the armature resistance (phase resistance) [delta]: load angle (angle of lag) [psi: power factor angle ψ s: = tan -1 (ωL / r a) ω: electrical angular velocity ( = number of poles / 2 × 2πn / 60) n : number of revolutions (rpm) I DC: DC output current V DC: DC voltage

【0046】次に、上記の相電流Iおよび出力Pの算出
式を図式化した円線図(図24)を用いて発電時の状態
を考察する。図24の円線図において、出力が一定とな
るp点の軌跡は以下のようになる。
Next, the state at the time of power generation will be considered using the circle diagram (FIG. 24) which is a schematic representation of the above formulas for calculating the phase current I and the output P. In the circle diagram of FIG. 24, the locus of point p at which the output is constant is as follows.

【数9】 [Equation 9]

【0047】一般に、ra ≪ωであるから、ψs ≒π/
2であり、これを上記の式に代入すると、
In general, since r a << ω, ψ s ≈π /
2 and substituting this into the above equation,

【数10】 [Equation 10]

【0048】従って、出力Pが一定ならば、bp(b点
とp点との距離)は一定であり、b点を中心としてbp
を半径とする円が一定出力Pに対する軌跡となる。この
円を出力円pa と呼ぶ。今、回転数nおよび出力Pがそ
れぞれ一定の状態を考える(この時、回転数nが一定で
あることから、同期インピーダンスZs も一定であ
る)。出力Pが一定であるので、出力円pa 上をp点が
動く。p点がc点と等しくなった時に誘起相電圧E0
最小、即ち界磁電流If は最小となる。界磁電流If
増すに従って誘起相電圧E0 は増加し、p点は出力円p
a の円周上を時計回転方向に移動するので、相電流Iが
減少し、d点において相電流Iは最小となる。この時、
力率角ψ=0°、即ち力率が100%となる。
Therefore, if the output P is constant, bp (the distance between the points b and p) is constant, and bp is centered around the point b.
A circle having a radius of is a locus for a constant output P. This circle is called the output circle p a . Now, consider a state in which the rotation speed n and the output P are constant (at this time, since the rotation speed n is constant, the synchronous impedance Z s is also constant). Since the output P is constant, the point p moves on the output circle p a . When the point p becomes equal to the point c, the induced phase voltage E 0 becomes the minimum, that is, the field current If becomes the minimum. The induced phase voltage E 0 increases as the field current I f increases, and the point p is the output circle p.
Since it moves clockwise on the circumference of a , the phase current I decreases, and the phase current I becomes the minimum at the point d. This time,
The power factor angle ψ = 0 °, that is, the power factor becomes 100%.

【0049】通常の界磁電流If 制御のみによる発電方
式では、常に力率100%の状態にある。その時のベク
トル図および円線図を図25および図26に示す。とこ
ろで、発電機の効率は以下の式で示される。
In the normal power generation method using only the field current I f control, the power factor is always 100%. The vector diagram and the circle diagram at that time are shown in FIGS. 25 and 26. By the way, the efficiency of the generator is expressed by the following equation.

【数11】 η=P/(P+Pc +Pf +Pi +Pm +Pα) なお、 P :発電出力 Pc :銅損(電機子銅損) Pf :界磁損(界磁巻線銅損) Pi :鉄損 Pm :機械損 Pα:その他の損失Η = P / (P + P c + P f + P i + P m + P α) P: Power generation output P c : Copper loss (armature copper loss) P f : Field loss (field winding copper loss) P i : Iron loss P m : Mechanical loss Pα: Other loss

【0050】ここで、Pi 、Pm 、Pαは、一定端子電
圧および一定回転数の条件でほぼ一定な損失である。ま
た、Pc およびPf は、それぞれ以下の式で示される。
Here, P i , P m , and Pα are almost constant losses under the conditions of constant terminal voltage and constant rotation speed. Further, P c and P f are respectively represented by the following equations.

【数12】Pc =3ra 2f =rf f 2 ## EQU12 ## P c = 3r a I 2 P f = r f I f 2

【0051】通常の界磁電流If 制御のみによる発電方
式では、誘起相電圧E0 、即ち界磁電流If を調整して
出力Pを制御するために、界磁電流If が決まれば、自
ずと相電流Iが決定されるため、銅損と界磁損との和
(Pc +Pf )を最小とすることができない。しかし、
図24に示した出力円pa 上では、負荷角δを制御する
ことにより相電圧及び負荷電圧に対応する損失(Pc
f )が最小、即ち効率最大のポイントに制御すること
が可能となる。
[0051] In normal field current I f control only by the power generation system, in order to control the output P by adjusting the induced phase voltage E 0, i.e. the field current I f, once the field current I f, Since the phase current I is naturally determined, the sum of copper loss and field loss (P c + P f ) cannot be minimized. But,
On the output circle p a shown in FIG. 24, the loss (P c +) corresponding to the phase voltage and the load voltage is controlled by controlling the load angle δ.
It is possible to control the point where P f ) is the minimum, that is, the maximum efficiency.

【0052】本実施例は、発電機の発電状態において最
適な相電流Iと界磁電流If を見つけ出し、高効率発電
させることを狙いとしたものである。以下、本実施例の
作動について説明する。イグニッションスイッチ18の
ONによって制御回路11のIG端子とバッテリ15と
が接続されると、制御回路11はバッテリ15の電圧を
検出して、そのバッテリ電圧が目標の電圧(例えば14
V)となるように励磁回路のトランジスタ12をデュー
ティ制御して、界磁巻線2を適当な電流で励磁する。
[0052] This example finds the optimal phase current I and the field current I f in the power generation state of the generator, but which aims to be a high-efficiency power generation. The operation of this embodiment will be described below. When the IG terminal of the control circuit 11 and the battery 15 are connected by turning on the ignition switch 18, the control circuit 11 detects the voltage of the battery 15 and the battery voltage is the target voltage (for example, 14
The duty of the transistor 12 of the exciting circuit is controlled so that V becomes V), and the field winding 2 is excited with an appropriate current.

【0053】この界磁巻線2を有する回転子3がエンジ
ンにより回転駆動されることにより、固定子5の電機子
巻線4には、相巻線4a、4b、4cの順に120°の
位相差を持った誘起相電圧Eu 、Ev 、Ew が発生する
(図27(a)参照)。この時、隣合う相巻線4aと4
b、4bと4c、4cと4a間に発生する誘起線間電圧
Eu-v 、Ev-w 、Ew-u は、誘起相電圧Eu 、Ev 、E
w に対してそれぞれ電気角で30°進んだ位相となる
(図27(b)参照)。なお、Eu−v=Eu−Ev、
Ev−w=Ev−Ew、Ew−u=Ew−Euである。
When the rotor 3 having the field winding 2 is rotationally driven by the engine, the armature winding 4 of the stator 5 has the phase windings 4a, 4b and 4c arranged in the order of 120 °. Induced phase voltages Eu, Ev, Ew having a phase difference are generated (see FIG. 27A). At this time, the adjacent phase windings 4a and 4
The induced line voltages Eu-v, Ev-w, Ew-u generated between b, 4b and 4c, 4c and 4a are induced phase voltages Eu, Ev, E.
The phase is advanced by an electrical angle of 30 ° with respect to w (see FIG. 27 (b)). Note that Eu-v = Eu-Ev,
Ev-w = Ev-Ew and Ew-u = Ew-Eu.

【0054】また、回転子3の回転に伴って、各磁気セ
ンサ6〜8に電気角で120°の位相差を持ったセンサ
出力u、v、wが発生する。各磁気センサ6〜8は、そ
れぞれ相巻線4a、4b、4cに対して電気角で90°
遅れた位置に設置されていることから、各センサ出力
u、v、wは、それぞれ誘起相電圧Eu 、Ev 、Ew と
同位相となる(図27(c)参照)。何故なら、磁気セ
ンサ6〜8は、磁束φそのものを検出し、その磁束φが
誘起相電圧E=−dφ/dtに対して90°進んでいる
ためである。
Further, as the rotor 3 rotates, sensor outputs u, v, w having a phase difference of 120 ° in electrical angle are generated in each magnetic sensor 6-8. Each magnetic sensor 6 to 8 has an electrical angle of 90 ° with respect to the phase windings 4a, 4b, and 4c.
Since they are installed at the delayed positions, the sensor outputs u, v, w have the same phase as the induced phase voltages Eu, Ev, Ew, respectively (see FIG. 27 (c)). This is because the magnetic sensors 6 to 8 detect the magnetic flux φ itself, and the magnetic flux φ advances by 90 ° with respect to the induced phase voltage E = −dφ / dt.

【0055】この各センサ出力u、v、wは、増幅回路
9によってそれぞれ増幅されて、位相制御回路10へ取
り込まれる。位相制御回路10では、マップ回路22か
らのヒステリシス設定値を用いて、ヒステリシス回路1
0a〜10cによりセンサ出力u、v、w(増幅回路9
の出力)に対して、ヒステリシス設定値に対応する角度
分遅れたデジタル信号U0 、U1 、V0 、V1 、W0 、
W1 (図28(a)参照)が作成される。ここでは、ヒ
ステリシス設定値により電気角で60°遅れたデジタル
信号を得ている。このデジタル信号U0 、U1 、V0 、
V1 、W0 、W1 に基づいて電圧印加回路の各トランジ
スタ17a〜17fが駆動されることにより、隣合う相
巻線4aと4b、4bと4c、4cと4a間に交流電圧
Vu-v 、Vv-w 、Vw-u が印加される(図28(b)参
照)。
The respective sensor outputs u, v, w are amplified by the amplifier circuit 9 and taken into the phase control circuit 10. The phase control circuit 10 uses the hysteresis set value from the map circuit 22 to set the hysteresis circuit 1
Sensor outputs u, v, w (amplifier circuit 9
Output), digital signals U0, U1, V0, V1, W0 delayed by an angle corresponding to the hysteresis set value,
W1 (see FIG. 28A) is created. Here, a digital signal delayed by 60 ° in electrical angle is obtained by the hysteresis setting value. These digital signals U0, U1, V0,
By driving the respective transistors 17a to 17f of the voltage applying circuit based on V1, W0 and W1, AC voltages Vu-v and Vv- are applied between the adjacent phase windings 4a and 4b, 4b and 4c, 4c and 4a. w and Vw-u are applied (see FIG. 28B).

【0056】この印加交流電圧(印加線間電圧)Vu-v
、Vv-w 、Vw-u は、それぞれ誘起相電圧Eu 、Ev
、Ew に対して電気角で30°遅れることから、図2
7(b)に示す誘起線間電圧Eu-v 、Ev-w 、Ew-u に
対しては、それぞれ電気角で60°遅れることになる。
この時、印加交流電圧Vu-v 、Vv-w 、Vw-u によって
得られる印加相電圧Vu 、Vv 、Vw も、また誘起相電
圧Eu 、Ev 、Ew (図27(a)参照)に対してそれ
ぞれ電気角で60°遅れている(図28(c)参照)。
即ち、マップ回路22からのヒステリシス設定値により
負荷角δ(遅れ角)を60°に設定できたことになる。
以上、マップ回路22からのヒステリシス設定値により
負荷角δを設定する方法を示した。
This applied AC voltage (voltage between applied lines) Vu-v
, Vv-w and Vw-u are induced phase voltages Eu and Ev, respectively.
, Ew is delayed by an electrical angle of 30 °.
With respect to the induced line voltages Eu-v, Ev-w, and Ew-u shown in 7 (b), the electrical angles are delayed by 60 °.
At this time, the applied phase voltages Vu, Vv, Vw obtained by the applied AC voltages Vu-v, Vv-w, Vw-u are also relative to the induced phase voltages Eu, Ev, Ew (see FIG. 27A). Each is delayed by 60 ° in electrical angle (see FIG. 28 (c)).
That is, the load angle δ (delay angle) can be set to 60 ° by the hysteresis setting value from the map circuit 22.
The method of setting the load angle δ by the hysteresis setting value from the map circuit 22 has been described above.

【0057】次に、マップ回路22による高効率発電に
ついて説明する。今、マップ回路22からのヒステリシ
ス設定値により負荷角δを60°とし、また、制御回路
11によりバッテリ電圧が目標の電圧(例えば14V)
となるように励磁回路のトランジスタ12をデューティ
制御して、界磁巻線が適当な電流(If )で励磁されて
いるとする。
Next, high efficiency power generation by the map circuit 22 will be described. Now, the load angle δ is set to 60 ° by the hysteresis setting value from the map circuit 22, and the battery voltage is set to the target voltage (for example, 14V) by the control circuit 11.
The duty of the transistor 12 of the exciting circuit is controlled so that the field winding is excited with an appropriate current (I f ).

【0058】マップ回路22は、この時の直流電流IDC
を電流センサ20により測定して制御回路11の目標電
圧との積により需要電力Pを算出し、その需要電力Pと
F/V変換回路21からの電気角速度信号ωとにより、
損失(Pc +Pf )が最小、即ち効率最大のポイント
(IとE0 即ち界磁電流If の組み合わせ)となる負荷
角δを制御マップより読み取り、その負荷角δに対応す
るヒステリシス設定値を位相制御回路10に出力する。
The map circuit 22 determines the direct current I DC at this time.
Is calculated by the current sensor 20 to calculate the demand power P by the product of the target voltage of the control circuit 11 and the demand power P and the electrical angular velocity signal ω from the F / V conversion circuit 21
The load angle δ at which the loss (P c + P f ) is minimum, that is, the point of maximum efficiency (combination of I and E 0, that is, the field current If ) is read from the control map, and the hysteresis setting value corresponding to the load angle δ is read. Is output to the phase control circuit 10.

【0059】これにより、発電機は、図29に示すよう
に、低回転数域から高回転数域に至る全回転数域におい
て常に最大効率で発電することが可能となり、その結
果、車両の省燃費化を実現できる。
As a result, as shown in FIG. 29, the generator can always generate power with maximum efficiency in the entire speed range from the low speed range to the high speed range, and as a result, the vehicle can be saved. Fuel efficiency can be realized.

【0060】次に、本発明の第5実施例を説明する。図
30は第5実施例に係わる車両用発電装置1の全体構成
図である。本実施例の車両用発電装置1は、第1実施例
で説明した各構成要素(説明は省略する)の他に、回転
子3の軸トルクを検出するトルク検出手段23、このト
ルク検出手段23の信号に基づいて位相制御回路10を
制御するフィードバック回路24を備える。
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described. FIG. 30 is an overall configuration diagram of the vehicular power generation device 1 according to the fifth embodiment. The vehicular power generation device 1 of the present embodiment includes, in addition to the constituent elements (explanation thereof omitted) described in the first embodiment, torque detection means 23 for detecting the axial torque of the rotor 3, and this torque detection means 23. A feedback circuit 24 that controls the phase control circuit 10 based on the signal

【0061】本実施例では、フィードバック回路24か
らのヒステリシス設定値により負荷角δを設定するもの
であり、フィードバック回路24の作動以外は、第4実
施例と同様である。そこで、フィードバック回路24の
作動を図31に示すアルゴリズムを用いて説明する。
今、フィードバック回路24からのヒステリシス設定値
により負荷角δ0 を60°とし、また制御回路11によ
りバッテリ電圧が目標の電圧(例えば14V)となるよ
うに励磁回路のトランジスタ12をデューティ制御し
て、界磁巻線2が適当な電流(If )で励磁されている
とする。
In this embodiment, the load angle δ is set by the hysteresis setting value from the feedback circuit 24, and the operation is the same as in the fourth embodiment except the operation of the feedback circuit 24. Therefore, the operation of the feedback circuit 24 will be described using the algorithm shown in FIG.
Now, the load angle δ 0 is set to 60 ° by the hysteresis setting value from the feedback circuit 24, and the control circuit 11 duty-controls the transistor 12 of the exciting circuit so that the battery voltage becomes the target voltage (for example, 14 V). It is assumed that the field winding 2 is excited with an appropriate current ( If ).

【0062】フィードバック回路24は、負荷角δを調
整するとともに、トルク検出手段23により検出される
回転子3の軸トルクτをフィードバックして、その軸ト
ルクτが最小(損失最小、効率最大)となる負荷角δを
求め、その負荷角δに対応するヒステリシス設定値を位
相制御回路10へ出力する。これにより、第4実施例と
同様に、全回転数域において常に最大効率で発電するこ
とが可能となり、その結果、車両の省燃費化を実現でき
る。
The feedback circuit 24 not only adjusts the load angle δ but also feeds back the axial torque τ of the rotor 3 detected by the torque detecting means 23 so that the axial torque τ becomes minimum (minimum loss, maximum efficiency). The load angle δ is obtained, and the hysteresis setting value corresponding to the load angle δ is output to the phase control circuit 10. As a result, similarly to the fourth embodiment, it is possible to always generate power with maximum efficiency in the entire rotational speed range, and as a result, it is possible to realize fuel saving of the vehicle.

【0063】次に、本発明の第6実施例を説明する。図
32は第6実施例に係わる車両用発電装置1の全体構成
図である。本実施例は、第1実施例の3個の相巻線4a
〜4cにおける電流を検出する検出装置25を備え、各
相巻線4a〜4cに発生する電流から誘起相電圧Eu、
Ev、Ewの各位相を求めるようにしたものである。こ
のような構成にすることにより、第1実施例のごとく出
力センサを設ける必要がなく構成が簡素となる。また,
第6実施例はスイッチング素子として、図32に示すよ
うにMOS−FET( 27a,27b,27c,27d,27e,27f)を用い
た構成としている。この場合、各MOS−FET内部に
はダイオード素子(26a,26b,26c,26d,26e,26f)を一体的
に構成されていることから、第1実施例におけるスイッ
チング素子と同様の作動、制御を行うことができる。
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described. FIG. 32 is an overall configuration diagram of the vehicle power generation device 1 according to the sixth embodiment. In this embodiment, the three phase windings 4a of the first embodiment are used.
To 4c, the detection device 25 for detecting the current is provided, and the induced phase voltage Eu is derived from the current generated in each of the phase windings 4a to 4c.
The phases of Ev and Ew are obtained. With such a structure, it is not necessary to provide an output sensor as in the first embodiment, and the structure is simplified. Also,
In the sixth embodiment, as a switching element, MOS-FETs (27a, 27b, 27c, 27d, 27e, 27f) are used as shown in FIG. In this case, since the diode elements (26a, 26b, 26c, 26d, 26e, 26f) are integrally formed in each MOS-FET, the same operation and control as the switching element in the first embodiment can be performed. It can be carried out.

【0064】〔変形例〕実施例では、電圧印加回路を構
成するスイッチング素子としてトランジスタ17a〜1
7fを使用したが、サイリスタを使用することもでき
る。また、全波整流回路を構成するダイオード14a〜
14fと電圧印加回路を構成するトランジスタ17a〜
17fとを1つの素子で一体的に構成するIGBTとす
ることも可能である。また、3個の相巻線4a〜4cを
Y結線(第1実施例、第3実施例)あるいはΔ結線(第
2実施例)した3相電機子巻線4としたが、相数および
結線を限定するものではない。
[Modification] In the embodiment, the transistors 17a to 1 are used as switching elements constituting the voltage application circuit.
Although 7f was used, a thyristor can also be used. In addition, the diodes 14a to constitute the full-wave rectification circuit
14f and transistors 17a that form a voltage application circuit
It is also possible to form an IGBT in which 17f and one element are integrally configured. Further, the three phase windings 4a to 4c are Y-connected (first embodiment, third embodiment) or Δ-connected (second embodiment) as the three-phase armature winding 4, but the number of phases and connection are Is not limited.

【0065】磁気センサ6〜8としてホール素子6a〜
8aを示したが、フォトセンサを用いても良い。あるい
はエンコーダ、レゾルバ等の回転センサを設置しても良
い。磁気センサ6〜8の信号処理回路として増幅回路9
およびヒステリシス回路10a〜10cを用いたが、こ
れらの回路を一体としたホールIC等を用いても良い。
実施例では、回転子3に界磁巻線2を持たせて、外部の
励磁回路(トランジスタ12およびダイオード13)に
より励磁電流を可変制御する例を説明したが、界磁とし
て磁石式回転子を用いても良い。この時、励磁回路は不
要となり、また出力は遅れ角δで調整することができ
る。
As the magnetic sensors 6 to 8, Hall elements 6a to
Although 8a is shown, a photo sensor may be used. Alternatively, a rotation sensor such as an encoder or a resolver may be installed. An amplifier circuit 9 as a signal processing circuit for the magnetic sensors 6 to 8
Although the hysteresis circuits 10a to 10c are used, a Hall IC or the like in which these circuits are integrated may be used.
In the embodiment, the example in which the rotor 3 is provided with the field winding 2 and the exciting current is variably controlled by the external exciting circuit (transistor 12 and diode 13) has been described. However, a magnetic rotor is used as the field. You may use. At this time, the excitation circuit is not necessary and the output can be adjusted by the delay angle δ.

【0066】第4実施例では、F/V変換回路21によ
り磁気センサ6のセンサ出力uに基づいて電気角速度を
算出したが、磁気センサ7のセンサ出力v、または磁気
センサ8のセンサ出力wに基づいて算出しても良いこと
は言うまでもない。
In the fourth embodiment, the electrical angular velocity is calculated by the F / V conversion circuit 21 based on the sensor output u of the magnetic sensor 6, but the sensor output v of the magnetic sensor 7 or the sensor output w of the magnetic sensor 8 is calculated. It goes without saying that it may be calculated based on the above.

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

【図1】第1実施例に係わる車両用発電装置の全体構成
図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a vehicle power generation device according to a first embodiment.

【図2】第1実施例に用いた磁気センサの模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram of a magnetic sensor used in the first embodiment.

【図3】第1実施例に用いた増幅回路の構成を示す回路
図である。
FIG. 3 is a circuit diagram showing a configuration of an amplifier circuit used in the first embodiment.

【図4】第1実施例に用いた位相制御回路の構成を示す
回路図である。
FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of a phase control circuit used in the first embodiment.

【図5】第1実施例における誘起相電圧、誘起線間電
圧、およびセンサ出力の各波形図である。
FIG. 5 is a waveform diagram of an induced phase voltage, an induced line voltage, and a sensor output in the first embodiment.

【図6】第1実施例におけるトランジスタ入力信号、印
加線間電圧、および印加相電圧の各波形図である。
FIG. 6 is a waveform chart of a transistor input signal, an applied line voltage, and an applied phase voltage in the first embodiment.

【図7】第1実施例の発電装置と従来発電装置とを比較
するグラフである。
FIG. 7 is a graph comparing the power generator of the first embodiment with a conventional power generator.

【図8】第1実施例の1相モデルの発電原理を示す回路
図である。
FIG. 8 is a circuit diagram showing the power generation principle of the one-phase model of the first embodiment.

【図9】第1実施例の発電方式を説明するベクトル図で
ある。
FIG. 9 is a vector diagram illustrating the power generation method of the first embodiment.

【図10】第1実施例の電圧電流波形図である。FIG. 10 is a voltage / current waveform diagram of the first embodiment.

【図11】第1実施例による発電出力を示すグラフであ
る。
FIG. 11 is a graph showing a power generation output according to the first embodiment.

【図12】第1実施例と従来例の双方において回転数と
発電電流との関係を示すグラフである。
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the rotation speed and the generated current in both the first example and the conventional example.

【図13】図12と同じく回転数と発電効率との関係を
示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the relationship between rotation speed and power generation efficiency, as in FIG.

【図14】第2実施例に係わる車両用発電装置の全体構
成図である。
FIG. 14 is an overall configuration diagram of a vehicle power generation device according to a second embodiment.

【図15】第2実施例に係わる各部波形図(a)、
(b)である。
FIG. 15 is a waveform diagram (a) of each part according to the second embodiment.
It is (b).

【図16】第2実施例に係わる各部波形図(c)、
(d)である。
FIG. 16 is a waveform chart (c) of each part according to the second embodiment.
It is (d).

【図17】第3実施例に係わる車両用発電装置の全体構
成図である。
FIG. 17 is an overall configuration diagram of a vehicle power generation device according to a third embodiment.

【図18】第3実施例に係わる各部波形図(a)〜
(c)である。
FIG. 18 is a waveform chart (a) of each part according to the third embodiment.
It is (c).

【図19】第3実施例に係わる各部波形図(d)、
(e)である。
FIG. 19 is a waveform chart (d) of each part according to the third embodiment.
(E).

【図20】第4実施例に係わる車両用発電装置の全体構
成図である。
FIG. 20 is an overall configuration diagram of a vehicle power generation device according to a fourth embodiment.

【図21】第4実施例に用いた位相制御回路の構成を示
す回路図である。
FIG. 21 is a circuit diagram showing a configuration of a phase control circuit used in a fourth embodiment.

【図22】第4実施例の1相モデルの発電原理を示す回
路図である。
FIG. 22 is a circuit diagram showing the power generation principle of the one-phase model of the fourth embodiment.

【図23】本発電方式による発電状態を示すベクトル図
である(第4実施例)。
FIG. 23 is a vector diagram showing a power generation state according to the present power generation method (fourth example).

【図24】本発電方式による発電状態を示す円線図であ
る(第4実施例)。
FIG. 24 is a circle diagram showing a power generation state according to the present power generation method (fourth example).

【図25】従来の発電方式による発電状態を示すベクト
ル図である。
FIG. 25 is a vector diagram showing a power generation state according to a conventional power generation method.

【図26】従来の発電方式による発電状態を示す円線図
である。
FIG. 26 is a circle diagram showing a power generation state according to a conventional power generation method.

【図27】第4実施例における誘起相電圧、誘起線間電
圧、およびセンサ出力の各波形図である。
FIG. 27 is a waveform chart of an induced phase voltage, an induced line voltage, and a sensor output in the fourth example.

【図28】第4実施例におけるトランジスタ入力信号、
印加線間電圧、および印加相電圧の各波形図である。
FIG. 28 is a transistor input signal according to the fourth embodiment;
It is each waveform figure of an applied line voltage and an applied phase voltage.

【図29】本発電方式による発電効率を示すグラフであ
る(第4実施例)。
FIG. 29 is a graph showing power generation efficiency according to the present power generation method (fourth example).

【図30】第5実施例に係わる車両用発電装置の全体構
成図である。
FIG. 30 is an overall configuration diagram of a vehicle power generation device according to a fifth embodiment.

【図31】フィードバック回路の作動を示すアルゴリズ
ムである(第5実施例)。
FIG. 31 is an algorithm showing the operation of the feedback circuit (fifth embodiment).

【図32】第6実施例に係わる車両用発電装置の全体構
成図である。
FIG. 32 is an overall configuration diagram of a vehicle power generation device according to a sixth embodiment.

【図33】車両用発電機の回路図である(従来技術)。FIG. 33 is a circuit diagram of a vehicle generator (prior art).

【図34】発電出力の向上を説明するグラフである(従
来技術)。
FIG. 34 is a graph illustrating an improvement in power generation output (prior art).

【図35】発電出力の向上を説明するグラフである(従
来技術)。
FIG. 35 is a graph illustrating an improvement in power generation output (prior art).

【図36】発電出力の向上を説明するグラフである(従
来技術)。
FIG. 36 is a graph illustrating an improvement in power generation output (prior art).

【図37】発電原理を示す1相モデルの回路図である
(従来技術)。
FIG. 37 is a circuit diagram of a one-phase model showing the principle of power generation (prior art).

【図38】従来発電方式のベクトル図である。FIG. 38 is a vector diagram of a conventional power generation method.

【図39】従来発電方式の電圧電流波形図である。FIG. 39 is a voltage-current waveform diagram of a conventional power generation method.

【図40】従来発電方式による発電出力を示すグラフで
ある。
FIG. 40 is a graph showing a power generation output by the conventional power generation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 車両用発電装置 3 回転子(界磁) 4 電機子巻線 4a〜4c 相巻線 5 固定子(電機子) 6〜8 磁気センサ(位置検出手段) 10 位相制御回路(駆動回路・第1実施例、第2実施
例) 11 制御回路(界磁電流制御手段) 14a〜14f ダイオード(スイッチング素子) 17a〜17f トランジスタ(スイッチング素子) 19 PWM発生回路(駆動回路・第3実施例) 20 電流センサ(発電出力検出手段) 21 F/V変換回路(相対回転数検出手段) 22 マップ回路 23 トルク検出手段(発電負荷トルク検出手段) 24 フィードバック回路 25 電流検出装置 26a〜26f ダイオード(スイッチング素子) 27a〜27f MOS−FET( スイッチング素子)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vehicle generator 3 Rotor (field) 4 Armature windings 4a to 4c Phase winding 5 Stator (armature) 6 to 8 Magnetic sensor (position detecting means) 10 Phase control circuit (driving circuit, first) Example, 2nd Example) 11 control circuit (field current control means) 14a-14f diode (switching element) 17a-17f transistor (switching element) 19 PWM generation circuit (driving circuit / third example) 20 current sensor (Power generation output detection means) 21 F / V conversion circuit (relative rotation speed detection means) 22 Map circuit 23 Torque detection means (power generation load torque detection means) 24 Feedback circuit 25 Current detection devices 26a to 26f Diodes (switching elements) 27a to 27f MOS-FET (switching element)

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−207225(JP,A) 特開 平4−210739(JP,A) 特開 平8−116699(JP,A) 特開 平5−252670(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 7/14 - 7/24 H02P 9/30 Continuation of front page (56) Reference JP-A-3-207225 (JP, A) JP-A-4-210739 (JP, A) JP-A-8-116699 (JP, A) JP-A-5-252670 (JP , A) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02J 7/ 14-7/24 H02P 9/30

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】界磁巻線を有し、この界磁巻線に界磁電流
が流れることで磁束を発生する界磁と、 n個の相巻線を結線して成る電機子巻線を有し、前記界
磁との相対回転に伴って前記相巻線に誘起相電圧が発生
する電機子と、 前記電機子巻線に結線された少なくともn個のスイッチ
ング素子を備え、少なくともこれらのスイッチング素子
によって、前記相巻線に発生する誘起相電圧を全波整流
して負荷に供給するブリッジ型全波整流回路を形成する
とともに、その全波整流回路の出力電圧の一部を前記電
機子巻線の一部に交流電圧として印加する電圧印加回路
を形成するスイッチング手段と、 前記電圧印加回路により前記電機子巻線の一部に印加さ
れる交流電圧の位相が、隣り合う前記相巻線間に発生す
る誘起線間電圧の位相に対して任意の遅れ角を有すると
ともに前記電機子巻線へ向けて前記印加される交流電圧
の位相に対し進み角を有する進相電流を流すように前記
スイッチング素子を駆動する駆動回路とを備えた交流発
電装置。
1. A field winding which has a field winding and which generates magnetic flux when a field current flows through the field winding, and an armature winding formed by connecting n phase windings. And an armature in which an induced phase voltage is generated in the phase winding due to relative rotation with the field, and at least n switching elements connected to the armature winding, and at least these switching elements are provided. The element forms a bridge type full-wave rectifier circuit that full-wave rectifies the induced phase voltage generated in the phase winding and supplies the load to the load, and a part of the output voltage of the full-wave rectifier circuit is part of the armature winding. A switching means that forms a voltage application circuit that applies an AC voltage to a part of the wire; and a phase of the AC voltage that is applied to a part of the armature winding by the voltage application circuit between adjacent phase windings. To the phase of the induced line voltage generated in Re AC power generator and a drive circuit for driving the switching element to flow leading phase current having an angle advances to the phase of the AC voltage the applied toward the armature winding and having a corner.
【請求項2】前記全波整流回路の出力電圧に基づいて前
記界磁電流を制限する界磁電流制御手段と、 発電出力を検出する発電出力検出手段と、 前記界磁と前記電機子との相対回転数を検出する相対回
転数検出手段と、 任意の発電出力および前記界磁と前記電機子との任意の
相対回転数の時に、損失最小の界磁電流と相電流との組
み合わせとなる前記遅れ角が予め記憶された制御マップ
を備え、前記発電出力検出手段及び前記相対回転数検出
手段により得られた情報に対応して前記制御マップより
前記遅れ角を設定するマップ回路とを備えたことを特徴
とする請求項1に記載された交流発電装置。
2. A field current control means for limiting the field current based on an output voltage of the full-wave rectifier circuit, a power generation output detection means for detecting a power generation output, and the field and the armature. Relative rotation speed detection means for detecting the relative rotation speed, at a given power generation output and at any relative rotation speed of the field and the armature, a combination of a field current and a phase current with minimum loss And a map circuit for setting the delay angle from the control map in accordance with the information obtained by the power generation output detection means and the relative rotation speed detection means. The alternating-current power generator according to claim 1.
【請求項3】前記全波整流回路の出力電圧に基づいて前
記界磁電流を制御する界磁電流制御手段と、 発電負荷トルクを検出する発電負荷トルク検出手段と、 前記発電負荷トルク検出手段によって得られた情報によ
り前記発電負荷トルクが最小となるように前記遅れ角を
設定するフィードバック回路とを備えたことを特徴とす
る請求項1記載の交流発電装置。
3. A field current control means for controlling the field current based on the output voltage of the full-wave rectification circuit, a power generation load torque detection means for detecting a power generation load torque, and a power generation load torque detection means. The AC generator according to claim 1, further comprising: a feedback circuit that sets the delay angle so that the power generation load torque is minimized based on the obtained information.
【請求項4】前記電機子巻線の一部とは、隣り合う前記
相巻線相互の線間であることを特徴とする請求項1に記
載された交流発電装置。
4. The AC generator according to claim 1, wherein a part of the armature winding is a line between adjacent phase windings.
【請求項5】前記電機子巻線の一部とは、前記相巻線で
あることを特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
5. The AC generator according to claim 1, wherein the part of the armature winding is the phase winding.
【請求項6】前記任意の遅れ角は、30°から120°
の範囲内から決定された角度であることを特徴とする請
求項1記載の交流発電装置。
6. The arbitrary delay angle is 30 ° to 120 °.
The alternating-current power generator according to claim 1, wherein the angle is determined from within the range.
【請求項7】前記電圧印加回路により印加された交流電
圧は、ステップ状に変化する擬似的正弦波からなること
を特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
7. The AC power generator according to claim 1, wherein the AC voltage applied by the voltage applying circuit comprises a pseudo sine wave that changes stepwise.
【請求項8】前記電圧印加回路により印加される交流電
圧は、PWM制御により形成された矩形パルス群から成
ることを特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
8. The AC generator according to claim 1, wherein the AC voltage applied by the voltage applying circuit is composed of a rectangular pulse group formed by PWM control.
【請求項9】前記スイッチング素子は、前記電圧印加回
路を構成するスイッチング素子部分と前記ブリッジ型全
波整流回路を構成するスイッチング素子部分とから成る
ことを特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
9. The AC generator according to claim 1, wherein the switching element includes a switching element portion that constitutes the voltage application circuit and a switching element portion that constitutes the bridge type full-wave rectifier circuit. .
【請求項10】前記電圧印加回路を構成する前記スイッ
チング素子部分はトランジスタであり、前記ブリッジ型
全波整流回路を構成する前記スイッチング素子部分はダ
イオードであることを特徴とする請求項1に記載の交流
発電装置。
10. The switching element portion forming the voltage application circuit is a transistor, and the switching element portion forming the bridge type full-wave rectification circuit is a diode. AC generator.
【請求項11】前記電圧印加回路を構成する前記スイッ
チング素子部分と前記ブリッジ型全波整流回路を構成す
るスイッチング素子部分とは一体の素子から成ることを
特徴とする請求項1に記載された交流発電装置。
11. The alternating current according to claim 1, wherein the switching element portion forming the voltage application circuit and the switching element portion forming the bridge type full-wave rectifier circuit are integrated elements. Power generator.
【請求項12】前記スイッチング素子は、IGBTであ
ることを特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
12. The AC generator according to claim 1, wherein the switching element is an IGBT.
【請求項13】前記スイッチング素子は、MOS−FE
Tであることを特徴とする請求項1記載の交流発電装
置。
13. The switching element is a MOS-FE.
The AC generator according to claim 1, wherein the AC generator is T.
【請求項14】前記界磁の磁束方向と前記電機子巻線と
の相対的な回転位置を検出する位置検出手段を備え、前
記遅れ角は前記位置検出手段の検出値に基づいて前記ス
イッチング素子を駆動することにより制御されることを
特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
14. A switching device comprising position detecting means for detecting a relative rotational position of the magnetic flux direction of the field and the armature winding, wherein the delay angle is based on a detection value of the position detecting means. The AC power generation device according to claim 1, wherein the AC power generation device is controlled by driving the.
【請求項15】相電流を検出する電流検出手段を備え、
前記遅れ角は、前記電流検出手段により検出された電流
値と、前記電流値に対応する相電圧とに基づいて前記ス
イッチング素子を駆動することにより制御されることを
特徴とする請求項1記載の交流発電装置。
15. A current detecting means for detecting a phase current is provided,
2. The delay angle is controlled by driving the switching element based on a current value detected by the current detection means and a phase voltage corresponding to the current value. AC generator.
【請求項16】界磁巻線を有し、この界磁巻線に界磁電
流が流れることで磁束を発生する界磁と、 n個の相巻線を結線して成る電機子巻線を有し、前記界
磁との相対回転に伴って前記相巻線に誘起相電圧が発生
する電機子と、 前記電機子巻線に結線された少なくともn個のスイッチ
ング素子を備え、少なくともこれらのスイッチング素子
によって、前記相巻線に発生する誘起相電圧を全波整流
して負荷に供給するブリッジ型全波整流回路を形成する
とともに、その全波整流回路の出力電圧の一部を前記電
機子巻線の一部に交流電圧として印加する電圧印加回路
を形成するスイッチング手段と、 前記電圧印加回路により前記電機子巻線の一部に印加さ
れる交流電圧の各相電圧の位相が、対応する誘起相電圧
の位相に対して任意の遅れ角を有するとともに前記電機
子巻線へ向けて前記印加された相電圧の位相に対し進み
角を有する進相電流を流すように前記スイッチング素子
を駆動する駆動回路とを備えた交流発電装置。
16. A field winding having a field winding, wherein a field current generating a magnetic flux when a field current flows through the field winding, and an armature winding formed by connecting n phase windings. And an armature in which an induced phase voltage is generated in the phase winding due to relative rotation with the field, and at least n switching elements connected to the armature winding, and at least these switching elements are provided. The element forms a bridge-type full-wave rectifier circuit that full-wave rectifies the induced phase voltage generated in the phase winding and supplies the load to the load, and a part of the output voltage of the full-wave rectifier circuit is used for the armature winding. Switching means forming a voltage application circuit for applying an AC voltage to a part of the wire, and the phase of each phase voltage of the AC voltage applied to a part of the armature winding by the voltage application circuit has a corresponding induction Has an arbitrary delay angle with respect to the phase of the phase voltage AC power generator and a drive circuit for driving the switching element to flow leading phase current having an angle proceeds to phase of the applied phase voltages towards the armature winding with.
【請求項17】磁束を発生する界磁と、 n個の相巻線を結線して成る電機子巻線を有し、前記界
磁との相対回転に伴って前記相巻線に誘起相電圧が発生
する電機子と、 前記電機子巻線に結線された少なくともn個のスイッチ
ング素子を備え、少なくともこれらのスイッチング素子
によって、前記相巻線に発生する誘起相電圧を全波整流
して負荷に供給するブリッジ型全波整流回路を形成する
とともに、その全波整流回路の出力電圧の一部を前記電
機子巻線の一部に交流電圧として印加する電圧印加回路
を形成するスイッチング手段と、 前記電圧印加回路により前記電機子巻線の一部に印加さ
れる交流電圧の位相が、隣り合う前記相巻線間に発生す
る誘起線間電圧の位相に対して任意の遅れ角を有すると
ともに前記電機子巻線へ向けて電流を流すように前記ス
イッチング素子を駆動する駆動回路とを備えた交流発電
装置。
17. A field magnet for generating a magnetic flux and an armature winding formed by connecting n phase winding wires, and an induced phase voltage is applied to the phase winding wire as the field magnet rotates relative to the field magnet wire. Is provided, and at least n switching elements connected to the armature winding. The induced phase voltage generated in the phase winding is full-wave rectified by at least these switching elements to load. A switching unit that forms a bridge-type full-wave rectifier circuit for supplying, and forms a voltage application circuit that applies a part of the output voltage of the full-wave rectifier circuit to a part of the armature winding as an AC voltage; The phase of the AC voltage applied to a part of the armature winding by the voltage applying circuit has an arbitrary delay angle with respect to the phase of the induced line voltage generated between the adjacent phase windings, and the electric machine Direct current to the child winding AC power generator and a drive circuit for driving the switching element in Suyo.
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