JP3412329B2 - 車両用発電装置 - Google Patents
車両用発電装置Info
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/14—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from dynamo-electric generators driven at varying speed, e.g. on vehicle
- H02J7/1469—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field
- H02J7/1484—Regulation of the charging current or voltage otherwise than by variation of field by commutation of the output windings of the generator
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Control Of Charge By Means Of Generators (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は車両用発電装置に関す
る。
る。
【０００２】
【従来の技術】近年の車両用発電装置では、収納スペー
スの縮小などにより小型軽量高出力化が要求されてい
る。従来の三相交流発電機では、各相の電機子巻線の出
力端（以下、相出力端ともいう）間を進相用コンデンサ
で接続して各電機子巻線に進相電流（電圧に対し位相が
進んだ電流）を給電して、電磁効果により出力を向上す
る進相電流給電方式が知られている。
スの縮小などにより小型軽量高出力化が要求されてい
る。従来の三相交流発電機では、各相の電機子巻線の出
力端（以下、相出力端ともいう）間を進相用コンデンサ
で接続して各電機子巻線に進相電流（電圧に対し位相が
進んだ電流）を給電して、電磁効果により出力を向上す
る進相電流給電方式が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の進相電流給電方式では、進相電流量が周波数す
なわち回転数の関数となり、しかも車両用発電装置では
特に出力電流の増大が要求される低回転域で進相電流が
低減してしまうので都合が悪かった。また、発電機のイ
ンダクタンスが大きいので、この進相用コンデンサの容
量増大の必要性からコンデンサの体格が大きくなりすぎ
るという問題もあった。
た従来の進相電流給電方式では、進相電流量が周波数す
なわち回転数の関数となり、しかも車両用発電装置では
特に出力電流の増大が要求される低回転域で進相電流が
低減してしまうので都合が悪かった。また、発電機のイ
ンダクタンスが大きいので、この進相用コンデンサの容
量増大の必要性からコンデンサの体格が大きくなりすぎ
るという問題もあった。
【０００４】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あり、上記進相用のコンデンサを用いることなく進相電
流給電が可能であり、また、遅相電流の制御も可能な装
置の小型軽量化が可能な車両用発電装置を提供すること
を、その目的としている。また本発明は、回転数に依存
することなく所望の進相電流または遅相電流を給電可能
な車両用発電装置を提供することを、他の目的としてい
る。
あり、上記進相用のコンデンサを用いることなく進相電
流給電が可能であり、また、遅相電流の制御も可能な装
置の小型軽量化が可能な車両用発電装置を提供すること
を、その目的としている。また本発明は、回転数に依存
することなく所望の進相電流または遅相電流を給電可能
な車両用発電装置を提供することを、他の目的としてい
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の構成は、
多相の電機子巻線を有する交流発電機と、前記電機子巻
線から出力される電力を整流して電気負荷に給電する交
直電力変換手段とを備える車両用発電装置において、半
導体スイッチング素子で構成されて前記電機子巻線の所
定の出力端間を短絡する相間短絡手段と、前記半導体ス
イッチング素子を所定のタイミングで開閉して前記電機
子巻線の進相電流を通電する制御手段と、を備えること
を特徴とする車両用発電装置である。
多相の電機子巻線を有する交流発電機と、前記電機子巻
線から出力される電力を整流して電気負荷に給電する交
直電力変換手段とを備える車両用発電装置において、半
導体スイッチング素子で構成されて前記電機子巻線の所
定の出力端間を短絡する相間短絡手段と、前記半導体ス
イッチング素子を所定のタイミングで開閉して前記電機
子巻線の進相電流を通電する制御手段と、を備えること
を特徴とする車両用発電装置である。
【０００６】更に、本発明の第１の構成では、前記制御
手段は、前記半導体スイッチング素子を所定のタイミン
グで開閉して、前記電気子巻線の電圧と異なる位相の電
機子電流を通電するものであり、詳しくは前記短絡のた
めに前記半導体スイッチング素子を導通させて、前記各
相電流が０になる期間として規定される発電電流非出力
期間に前記短絡の電流を流すものであることを特徴とし
ている。本発明の第２の構成は、上記第１の構成におい
て更に、前記交直電力変換手段が、前記電機子巻線の出
力端にアノードが高位直流電源端にカソードが接続され
るハイサイドのダイオードと、前記電機子巻線の出力端
にカソードが低位直流電源端にアノードが接続されるロ
ーサイドのダイオードとをもつ整流器からなることを特
徴としている。
手段は、前記半導体スイッチング素子を所定のタイミン
グで開閉して、前記電気子巻線の電圧と異なる位相の電
機子電流を通電するものであり、詳しくは前記短絡のた
めに前記半導体スイッチング素子を導通させて、前記各
相電流が０になる期間として規定される発電電流非出力
期間に前記短絡の電流を流すものであることを特徴とし
ている。本発明の第２の構成は、上記第１の構成におい
て更に、前記交直電力変換手段が、前記電機子巻線の出
力端にアノードが高位直流電源端にカソードが接続され
るハイサイドのダイオードと、前記電機子巻線の出力端
にカソードが低位直流電源端にアノードが接続されるロ
ーサイドのダイオードとをもつ整流器からなることを特
徴としている。
【０００７】本発明の第３の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、前記交直電力変換手段が、前記電機子巻線
の出力端と高位直流電源端とを接続する半導体スイッチ
ング素子からなるハイサイドスイッチと、前記電機子巻
線の出力端と低位直流電源端とを接続する半導体スイッ
チング素子からなるローサイドスイッチとからなる正逆
両方向通電開閉回路からなることを特徴としている。
おいて更に、前記交直電力変換手段が、前記電機子巻線
の出力端と高位直流電源端とを接続する半導体スイッチ
ング素子からなるハイサイドスイッチと、前記電機子巻
線の出力端と低位直流電源端とを接続する半導体スイッ
チング素子からなるローサイドスイッチとからなる正逆
両方向通電開閉回路からなることを特徴としている。
【０００８】本発明の第４の構成は、上記第１の構成に
おいて更に、一個の前記半導体スイッチング素子が前記
電機子巻線の所定の一対の出力端間に介設されることを
特徴としている。本発明の第５の構成は、上記第４の構
成において更に、前記交流発電機が三相交流発電機であ
り、前記相間短絡手段は、△結線されていることを特徴
としている。
おいて更に、一個の前記半導体スイッチング素子が前記
電機子巻線の所定の一対の出力端間に介設されることを
特徴としている。本発明の第５の構成は、上記第４の構
成において更に、前記交流発電機が三相交流発電機であ
り、前記相間短絡手段は、△結線されていることを特徴
としている。
【０００９】本発明の第６の構成は、上記第２又は第３
の構成において更に、複数の前記半導体スイッチング素
子は、前記電機子巻線の各出力端と共通接続点との間に
個別に介設されて、前記相間短絡手段が星型接続回路を
構成することを特徴としている。本発明の第７の構成
は、上記第１乃至第６のいずれかの構成において更に、
前記半導体スイッチング素子が、ＭＯＳＦＥＴからなる
ことを特徴としている。
の構成において更に、複数の前記半導体スイッチング素
子は、前記電機子巻線の各出力端と共通接続点との間に
個別に介設されて、前記相間短絡手段が星型接続回路を
構成することを特徴としている。本発明の第７の構成
は、上記第１乃至第６のいずれかの構成において更に、
前記半導体スイッチング素子が、ＭＯＳＦＥＴからなる
ことを特徴としている。
【００１０】本発明の第８の構成は、前記ＭＯＳＦＥＴ
は、寄生ダイオードの導通を阻止する高抵抗体を有する
ことを特徴している。本発明の第９の構成は、上記第７
又は第８の構成において更に、前記ＭＯＳＦＥＴが、Ｓ
ｉＣを素材として形成されることを特徴としている。本
発明の第１０の構成は、上記第１乃至第９のいずれかの
構成において更に、前記半導体スイッチング素子が、一
方向に電流が流れる単方向性半導体スイッチング素子を
互いに逆向きかつ並列に接続して構成されることを特徴
としている。
は、寄生ダイオードの導通を阻止する高抵抗体を有する
ことを特徴している。本発明の第９の構成は、上記第７
又は第８の構成において更に、前記ＭＯＳＦＥＴが、Ｓ
ｉＣを素材として形成されることを特徴としている。本
発明の第１０の構成は、上記第１乃至第９のいずれかの
構成において更に、前記半導体スイッチング素子が、一
方向に電流が流れる単方向性半導体スイッチング素子を
互いに逆向きかつ並列に接続して構成されることを特徴
としている。
【００１１】本発明の第１１の構成は、上記第１乃至第
１０のいずれかの構成において更に、前記交直電力変換
手段がバッテリに給電するものであることを特徴として
いる。本発明の第１２の構成は、上記第１乃至第１１の
いずれかの構成において更に、前記制御手段が、進相電
流目標値に対応して決定した所定の導通期間の間、所定
の導通時点から前記半導体スイッチング素子を導通させ
るものであることを特徴としている。
１０のいずれかの構成において更に、前記交直電力変換
手段がバッテリに給電するものであることを特徴として
いる。本発明の第１２の構成は、上記第１乃至第１１の
いずれかの構成において更に、前記制御手段が、進相電
流目標値に対応して決定した所定の導通期間の間、所定
の導通時点から前記半導体スイッチング素子を導通させ
るものであることを特徴としている。
【００１２】本発明の第１３の構成は、上記第１２の構
成において更に、前記発電機の回転数に関連する物理量
を検出する検出手段を有し、前記制御手段が、前記物理
量に基づいて前記回転数に応じて決定した最大導通期間
の範囲内で前記導通期間を設定するものであることを特
徴としている。本発明の第１４の構成は、上記第１乃至
第１３のいずれかの構成において更に、前記電機子巻線
の電流に関連する状態量を検出する検出手段を有し、前
記進相電流制御手段が、前記物理量に基づいて前記半導
体スイッチング素子を開閉して前記進相電流を制御する
ものであることを特徴としている。
成において更に、前記発電機の回転数に関連する物理量
を検出する検出手段を有し、前記制御手段が、前記物理
量に基づいて前記回転数に応じて決定した最大導通期間
の範囲内で前記導通期間を設定するものであることを特
徴としている。本発明の第１４の構成は、上記第１乃至
第１３のいずれかの構成において更に、前記電機子巻線
の電流に関連する状態量を検出する検出手段を有し、前
記進相電流制御手段が、前記物理量に基づいて前記半導
体スイッチング素子を開閉して前記進相電流を制御する
ものであることを特徴としている。
【００１３】本発明の第１５の構成は、上記第１４の構
成において更に 前記制御手段が、前記固定子巻線の出
力端と前記交直電力変換手段の高位直流電源端又は低位
直流電源端との間の電位差が所定の絶対値以下となった
時点で前記半導体スイッチング素子を導通するものであ
ることを特徴としている。本発明の第１６の構成は、上
記第１４の構成において更に 前記制御手段が、前記固
定子巻線の出力端と前記交直電力変換手段の高位直流電
源端又は低位直流電源端との間の電位差が所定の絶対値
以下となっった時点から所定遅延時間経過後、前記半導
体スイッチング素子を遮断するものであることを特徴と
している。
成において更に 前記制御手段が、前記固定子巻線の出
力端と前記交直電力変換手段の高位直流電源端又は低位
直流電源端との間の電位差が所定の絶対値以下となった
時点で前記半導体スイッチング素子を導通するものであ
ることを特徴としている。本発明の第１６の構成は、上
記第１４の構成において更に 前記制御手段が、前記固
定子巻線の出力端と前記交直電力変換手段の高位直流電
源端又は低位直流電源端との間の電位差が所定の絶対値
以下となっった時点から所定遅延時間経過後、前記半導
体スイッチング素子を遮断するものであることを特徴と
している。
【００１４】
【作用及び発明の効果】本発明の第１の構成では、交流
発電機（以下、単に発電機ともいう）の所定の出力端間
に、相間短絡手段を構成する半導体スイッチング素子
（以下、単に短絡スイッチともいう）を介設し、各短絡
スイッチを所定のタイミングで開閉して電機子巻線に電
圧と位相の異なる電流（進相電流遅相電流）を通電す
る。
発電機（以下、単に発電機ともいう）の所定の出力端間
に、相間短絡手段を構成する半導体スイッチング素子
（以下、単に短絡スイッチともいう）を介設し、各短絡
スイッチを所定のタイミングで開閉して電機子巻線に電
圧と位相の異なる電流（進相電流遅相電流）を通電す
る。
【００１５】このようにすれば、進相用のコンデンサを
用いることなく進相電流給電が可能であり、装置の小型
軽量化及び出力増大が可能な車両用発電装置を提供する
ことができる。また、回転数に依存することなく所望の
進相電流を給電可能な車両用発電装置を提供することが
できる。さらに、同様に遅相電流給電も可能であり、こ
の場合界磁量一定で出力を低下できる。すなわち発電量
を調整することができる。
用いることなく進相電流給電が可能であり、装置の小型
軽量化及び出力増大が可能な車両用発電装置を提供する
ことができる。また、回転数に依存することなく所望の
進相電流を給電可能な車両用発電装置を提供することが
できる。さらに、同様に遅相電流給電も可能であり、こ
の場合界磁量一定で出力を低下できる。すなわち発電量
を調整することができる。
【００１６】また、進相電流通電が不要な場合には進相
電流を停止することができ、無駄な電流の通電を防止す
ることができる。本発明の第２の構成では、上記第１の
構成において更に、交直電力変換手段としてダイオード
構成の全波整流器を用いるので、全体の回路構成を簡素
とすることができる。すなわち、相数以下の個数の短絡
スイッチと簡単なダイオードブリッジと短絡スイッチ制
御用のコントローラで回路を構成でき、簡単である。
電流を停止することができ、無駄な電流の通電を防止す
ることができる。本発明の第２の構成では、上記第１の
構成において更に、交直電力変換手段としてダイオード
構成の全波整流器を用いるので、全体の回路構成を簡素
とすることができる。すなわち、相数以下の個数の短絡
スイッチと簡単なダイオードブリッジと短絡スイッチ制
御用のコントローラで回路を構成でき、簡単である。
【００１７】本発明の第３の構成では、上記第１の構成
において更に、交直電力変換手段が、半導体スイッチン
グ素子からなる正逆両方向通電開閉回路（インバータ回
路）で構成されるので、上記第２の構成と同様に、相数
以下の個数の短絡スイッチと簡単な半導体スイッチング
素子によるブリッジと短絡スイッチ制御用のコントロー
ラで回路を構成でき、簡単である。
において更に、交直電力変換手段が、半導体スイッチン
グ素子からなる正逆両方向通電開閉回路（インバータ回
路）で構成されるので、上記第２の構成と同様に、相数
以下の個数の短絡スイッチと簡単な半導体スイッチング
素子によるブリッジと短絡スイッチ制御用のコントロー
ラで回路を構成でき、簡単である。
【００１８】本発明の第４又は第５の構成では、上記第
１の構成において更に、一個の前記半導体スイッチング
素子が前記電機子巻線の所定の一対の出力端間に介設さ
れることを特徴としている。特に、各相出力端を隣接す
る相同士、順番に接続することが好ましい。このように
すれば。上記短絡スイッチの導通により、後続する位相
の電圧を有する相出力端からこの短絡スイッチを通じて
先行する位相の電圧を有する相出力端へ進相電流を流す
ことができ、相間短絡手段を簡単に構成することができ
る。
１の構成において更に、一個の前記半導体スイッチング
素子が前記電機子巻線の所定の一対の出力端間に介設さ
れることを特徴としている。特に、各相出力端を隣接す
る相同士、順番に接続することが好ましい。このように
すれば。上記短絡スイッチの導通により、後続する位相
の電圧を有する相出力端からこの短絡スイッチを通じて
先行する位相の電圧を有する相出力端へ進相電流を流す
ことができ、相間短絡手段を簡単に構成することができ
る。
【００１９】本発明の第６の構成では、上記第２又は第
３の構成において更に、各短絡スイッチを星型接続した
ものである。この星型接続型の相間短絡手段は、上記第
５又は第６の構成のいわゆるΔ（環状）接続型の相間短
絡手段に比較して、同一機能を実現できる。ただ、一対
の相出力端間で短絡電流を流すには２個の短絡スイッチ
をオンする必要がある。
３の構成において更に、各短絡スイッチを星型接続した
ものである。この星型接続型の相間短絡手段は、上記第
５又は第６の構成のいわゆるΔ（環状）接続型の相間短
絡手段に比較して、同一機能を実現できる。ただ、一対
の相出力端間で短絡電流を流すには２個の短絡スイッチ
をオンする必要がある。
【００２０】本発明の第７の構成では、上記第１乃至第
６のいずれかの構成において更に、、前記半導体スイッ
チング素子が、双方向性のＭＯＳＦＥＴからなるので、
半導体スイッチング素子を単一の素子で構成することが
できる。本発明の第８の構成では、寄生ダイオードの導
通を阻止する高抵抗体を有するので、双方向の短絡電流
の制御が可能である。
６のいずれかの構成において更に、、前記半導体スイッ
チング素子が、双方向性のＭＯＳＦＥＴからなるので、
半導体スイッチング素子を単一の素子で構成することが
できる。本発明の第８の構成では、寄生ダイオードの導
通を阻止する高抵抗体を有するので、双方向の短絡電流
の制御が可能である。
【００２１】本発明の第９の構成では、上記第７の構成
において更に、前記ＭＯＳＦＥＴが、ＳｉＣを素材とし
て形成される。このようにすれば、半導体スイッチング
素子の損失を低減することができる。本発明の第１０の
構成では、上記第１乃至第９のいずれかの構成において
更に、半導体スイッチング素子が、例えばバイポーラト
ランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタなどの一方向に電流
が流れる単方向性半導体スイッチング素子を互いに逆向
きかつ並列に接続して構成される。このようにすれば大
きな短絡電流を流すことができる。
において更に、前記ＭＯＳＦＥＴが、ＳｉＣを素材とし
て形成される。このようにすれば、半導体スイッチング
素子の損失を低減することができる。本発明の第１０の
構成では、上記第１乃至第９のいずれかの構成において
更に、半導体スイッチング素子が、例えばバイポーラト
ランジスタ、ＩＧＢＴ、サイリスタなどの一方向に電流
が流れる単方向性半導体スイッチング素子を互いに逆向
きかつ並列に接続して構成される。このようにすれば大
きな短絡電流を流すことができる。
【００２２】本発明の第１１の構成では、上記第１乃至
第９のいずれかの構成において更に、交直電力変換手段
がバッテリに給電する。このようにすれば、相間短絡手
段が故障して遮断不能となっても、バッテリが放電して
しまうという問題を防止することができる。交直電力変
換手段がバッテリに給電する場合、第５図の点線で示す
様に原理的に、各相電流が０になる期間（発電電流非出
力期間ともいう）が生じる。すなわち、発電機の相間電
圧がバッテリ電圧以下であれば、発電電流は出力され
ず、このために発電機の出力電流はこの分だけ正弦波形
から変形し、その分、電機子電流による合成反作用磁界
が変動するなどの不具合が生じる。
第９のいずれかの構成において更に、交直電力変換手段
がバッテリに給電する。このようにすれば、相間短絡手
段が故障して遮断不能となっても、バッテリが放電して
しまうという問題を防止することができる。交直電力変
換手段がバッテリに給電する場合、第５図の点線で示す
様に原理的に、各相電流が０になる期間（発電電流非出
力期間ともいう）が生じる。すなわち、発電機の相間電
圧がバッテリ電圧以下であれば、発電電流は出力され
ず、このために発電機の出力電流はこの分だけ正弦波形
から変形し、その分、電機子電流による合成反作用磁界
が変動するなどの不具合が生じる。
【００２３】したがって、この発電電流非出力期間にお
いて上記短絡スイッチをオンすれば、交直電力変換手段
からバッテリへ流出できない電流を短絡電流として流す
ことができるので、これにより連続した正弦波形に近い
電機子電流が流れ、安定した有効な反作用磁界の強化が
でき、出力増大を図ることができる。すなわち、発電電
流をバッテリに出力する場合には、各相の発電電流非出
力期間において時限的に波形を正弦波に近づける方向へ
電流を流すことにより、徒に多くの進相電流を通電する
ことなく、出力増大を行うことができる。同時に、反作
用変動に伴う発電機の振動、騒音も低減できる。
いて上記短絡スイッチをオンすれば、交直電力変換手段
からバッテリへ流出できない電流を短絡電流として流す
ことができるので、これにより連続した正弦波形に近い
電機子電流が流れ、安定した有効な反作用磁界の強化が
でき、出力増大を図ることができる。すなわち、発電電
流をバッテリに出力する場合には、各相の発電電流非出
力期間において時限的に波形を正弦波に近づける方向へ
電流を流すことにより、徒に多くの進相電流を通電する
ことなく、出力増大を行うことができる。同時に、反作
用変動に伴う発電機の振動、騒音も低減できる。
【００２４】本発明の第１２の構成では、上記第１乃至
第１１のいずれかの構成において更に、進相電流目標値
に対応して決定した所定の導通期間の間、所定の導通時
点から前記半導体スイッチング素子を導通させる。すな
わち、進相電流目標値が大きい場合には進相電流通電期
間を延長し、小さい場合には短縮する。このようにすれ
ば簡単に必要な進相電流を通電することができる。
第１１のいずれかの構成において更に、進相電流目標値
に対応して決定した所定の導通期間の間、所定の導通時
点から前記半導体スイッチング素子を導通させる。すな
わち、進相電流目標値が大きい場合には進相電流通電期
間を延長し、小さい場合には短縮する。このようにすれ
ば簡単に必要な進相電流を通電することができる。
【００２５】なお、短絡スイッチの導通時点すなわち進
相電流の通電開始時点は、上記で説明した理由から上記
発電電流非出力期間の開始時点近傍に設定することが好
ましい。本発明の第１３の構成では、上記第１２の構成
において更に、発電機の回転数に応じて決定した進相電
流の最大導通期間を設定し、この期間内に導通期間を設
定する。好ましくは、上記で説明した理由から上記発電
電流非出力期間に等しく設定された進相電流導通期間内
に進相電流の通電を終了する。このようにすれば、進相
電流の無駄な通電を防止することができる。
相電流の通電開始時点は、上記で説明した理由から上記
発電電流非出力期間の開始時点近傍に設定することが好
ましい。本発明の第１３の構成では、上記第１２の構成
において更に、発電機の回転数に応じて決定した進相電
流の最大導通期間を設定し、この期間内に導通期間を設
定する。好ましくは、上記で説明した理由から上記発電
電流非出力期間に等しく設定された進相電流導通期間内
に進相電流の通電を終了する。このようにすれば、進相
電流の無駄な通電を防止することができる。
【００２６】本発明の第１４の構成では、上記第１乃至
第１３のいずれかの構成において更に、電機子巻線の電
流に基づいて進相電流すなわち短絡電流を制御するの
で、短絡制御が簡単となる。本発明の第１５の構成で
は、上記第１４の構成において更に、固定子巻線の出力
端と交直電力変換手段の高位直流電源端又は低位直流電
源端との間の電位差が所定の絶対値以下となった時点で
半導体スイッチング素子を導通するので、簡単に発電電
流非出力期間の開始時点近傍にて進相電流の通電を開始
することができる。なお、固定子巻線に直列に電流検出
用の低抵抗を設けてこの電位差を検出してもよく、ま
た、交直電力変換手段を構成する素子であるダイオード
や半導体スイッチング素子の電位差を検出することもで
きる。なお、交直電力変換手段がダイオードで構成され
る場合、その順方向電圧降下は１Ｖ以下であるので、上
記電位差は当然、それ以下とされる。
第１３のいずれかの構成において更に、電機子巻線の電
流に基づいて進相電流すなわち短絡電流を制御するの
で、短絡制御が簡単となる。本発明の第１５の構成で
は、上記第１４の構成において更に、固定子巻線の出力
端と交直電力変換手段の高位直流電源端又は低位直流電
源端との間の電位差が所定の絶対値以下となった時点で
半導体スイッチング素子を導通するので、簡単に発電電
流非出力期間の開始時点近傍にて進相電流の通電を開始
することができる。なお、固定子巻線に直列に電流検出
用の低抵抗を設けてこの電位差を検出してもよく、ま
た、交直電力変換手段を構成する素子であるダイオード
や半導体スイッチング素子の電位差を検出することもで
きる。なお、交直電力変換手段がダイオードで構成され
る場合、その順方向電圧降下は１Ｖ以下であるので、上
記電位差は当然、それ以下とされる。
【００２７】本発明の第１６の構成では、上記第１４の
構成において更に、上記進相電流通電開始時点から所定
時間後、進相電流の遮断時点を決定する。このようにす
れば進相電流の停止タイミングを簡単に決定することが
できる。
構成において更に、上記進相電流通電開始時点から所定
時間後、進相電流の遮断時点を決定する。このようにす
れば進相電流の停止タイミングを簡単に決定することが
できる。
【００２８】
（実施例１）本発明の一実施例を図１を参照して説明す
る。この車両用発電装置は、ランデル型界磁極を有する
車両用三相同期発電機（オルタネータ）１と、その交流
発電電流を整流する三相全波整流器（交直電力変換手
段）３と、短絡回路（相間短絡手段）４と、短絡回路４
を制御するコントローラ７と、界磁電流制御用のレギュ
レータ８とからなる。
る。この車両用発電装置は、ランデル型界磁極を有する
車両用三相同期発電機（オルタネータ）１と、その交流
発電電流を整流する三相全波整流器（交直電力変換手
段）３と、短絡回路（相間短絡手段）４と、短絡回路４
を制御するコントローラ７と、界磁電流制御用のレギュ
レータ８とからなる。
【００２９】三相同期発電機１は、ステータコアに巻装
された三相の電機子巻線１１〜１３と、ロータコアに巻
装された界磁巻線２とを有し、エンジンにより駆動され
るいわゆるオルタネータである。良く知られているよう
に、レギュレータ８から界磁巻線２へ必要な界磁電流を
通電し、エンジンによりロータコアを回転することによ
り、電機子巻線１１〜１３に三相交流電圧Ｖａ、Ｖｂ、
Ｖｃが誘導される。
された三相の電機子巻線１１〜１３と、ロータコアに巻
装された界磁巻線２とを有し、エンジンにより駆動され
るいわゆるオルタネータである。良く知られているよう
に、レギュレータ８から界磁巻線２へ必要な界磁電流を
通電し、エンジンによりロータコアを回転することによ
り、電機子巻線１１〜１３に三相交流電圧Ｖａ、Ｖｂ、
Ｖｃが誘導される。
【００３０】コントローラ７は、マイコンを内蔵し、入
力されるバッテリ電圧ＶＢ、各電機子巻線１１〜１３の
出力電圧（相電圧）Ｖａ〜Ｖｃに基づいて短絡回路４の
各短絡スイッチ４１〜４３を制御して所定の量の進相電
流を所定のタイミングで各電機子巻線１１〜１３に給電
させる回路である。レギュレータ８は、バッテリ電圧Ｖ
Ｂを一定とするためにバッテリ電圧ＶＢと一定の参照電
圧とを比較してその比較結果により界磁電流Ｉｆの導通
率を決定し、この導通率でスイッチングトランジスタ８
２を制御する導通率決定回路部８１を有しており、スイ
ッチングトランジスタ８２は界磁巻線２へ通電する界磁
電流を断続制御する。
力されるバッテリ電圧ＶＢ、各電機子巻線１１〜１３の
出力電圧（相電圧）Ｖａ〜Ｖｃに基づいて短絡回路４の
各短絡スイッチ４１〜４３を制御して所定の量の進相電
流を所定のタイミングで各電機子巻線１１〜１３に給電
させる回路である。レギュレータ８は、バッテリ電圧Ｖ
Ｂを一定とするためにバッテリ電圧ＶＢと一定の参照電
圧とを比較してその比較結果により界磁電流Ｉｆの導通
率を決定し、この導通率でスイッチングトランジスタ８
２を制御する導通率決定回路部８１を有しており、スイ
ッチングトランジスタ８２は界磁巻線２へ通電する界磁
電流を断続制御する。
【００３１】三相全波整流器３は、図１に示すように、
通常のものであり、発電機１の出力電圧を整流してバッ
テリ１０及び電気負荷９に給電するものである、１０ａ
は三相全波整流器３１の高位直流電源端であり、１０ｂ
は三相全波整流器３の低位直流電源端であり、接地され
ている。短絡回路４は、それぞれＳｉＣを素材として作
成された電力用ＭＯＳＦＥＴからなる短絡スイッチ４１
〜４３をデルタ接続してなり、短絡スイッチ４１〜４３
の接続点はそれぞれ各電機子巻線１１〜１３の出力端に
接続されている。なお、ＭＯＳＦＥＴは図２に示すよう
に、ソースＳ側の寄生ダイオードＤｓに並列に高抵抗体
１２０を接続している。図２において、Ｄｄはドレイン
Ｄ側の寄生ダイオードである。この図２の構成により、
寄生ダイオードの導通を阻止し、双方向の短絡電流の導
通制御が可能となる。
通常のものであり、発電機１の出力電圧を整流してバッ
テリ１０及び電気負荷９に給電するものである、１０ａ
は三相全波整流器３１の高位直流電源端であり、１０ｂ
は三相全波整流器３の低位直流電源端であり、接地され
ている。短絡回路４は、それぞれＳｉＣを素材として作
成された電力用ＭＯＳＦＥＴからなる短絡スイッチ４１
〜４３をデルタ接続してなり、短絡スイッチ４１〜４３
の接続点はそれぞれ各電機子巻線１１〜１３の出力端に
接続されている。なお、ＭＯＳＦＥＴは図２に示すよう
に、ソースＳ側の寄生ダイオードＤｓに並列に高抵抗体
１２０を接続している。図２において、Ｄｄはドレイン
Ｄ側の寄生ダイオードである。この図２の構成により、
寄生ダイオードの導通を阻止し、双方向の短絡電流の導
通制御が可能となる。
【００３２】次に、上記装置の制御動作の一例を説明す
る。本実施例では、車両負荷が小さい場合は、従来と同
じくレギュレータ８だけでバッテリ電圧ＶＢを制御す
る。このレギュレータ８による界磁電流制御式の出力制
御及び三相全波整流器３による整流動作自体は周知であ
るので説明を省略する。車両負荷が増加して所定のデュ
ーティ値以上となった場合、コントローラ７により短絡
回路４を制御して後述する進相電流制御を実施する。
る。本実施例では、車両負荷が小さい場合は、従来と同
じくレギュレータ８だけでバッテリ電圧ＶＢを制御す
る。このレギュレータ８による界磁電流制御式の出力制
御及び三相全波整流器３による整流動作自体は周知であ
るので説明を省略する。車両負荷が増加して所定のデュ
ーティ値以上となった場合、コントローラ７により短絡
回路４を制御して後述する進相電流制御を実施する。
【００３３】この進相電流制御について図３〜図５のフ
ローチャートを参照して以下に説明する。なお、本明細
書において、相電圧Ｖａは相電圧Ｖｂより１２０度進ん
でおり、相電圧Ｖｂは相電圧Ｖｃより１２０度進んでい
るものとする。また、ここでは説明を簡単とするため、
三相全波整流器３の各ダイオード３１〜３６の順方向電
圧降下は無視する。
ローチャートを参照して以下に説明する。なお、本明細
書において、相電圧Ｖａは相電圧Ｖｂより１２０度進ん
でおり、相電圧Ｖｂは相電圧Ｖｃより１２０度進んでい
るものとする。また、ここでは説明を簡単とするため、
三相全波整流器３の各ダイオード３１〜３６の順方向電
圧降下は無視する。
【００３４】まず最初に、バッテリ電圧ＶＢを読み込み
（１００）、バッテリ電圧ＶＢが所定値ＶＢｒｅｆを下
回るかどうかを調べ（１０２）、以上であればステップ
１１６へ進み、下回れば界磁電流Ｉｆが所定値Ｉｆｒｅ
ｆを超えるかどうかを調べ（１０４）、以下であればス
テップ１１６へ進み、超えれば重負荷状態すなわち発電
不足状態と判定して相電圧Ｖａを読み込み（１０６）、
次に、相電圧Ｖａの波形からその周期Ｔを決定する（１
０８）。この周期はピーク値間の時間を求めてもよく、
ゼロクロス点間の時間を求めて２倍してもよい。次に、
求めた周期Ｔから進相電流給電期間（短絡期間）の最大
値である最大遅延時間ΔＴｍａｘを決定する（１１
０）。本実施例では、最大遅延時間ΔＴｍａｘは周期Ｔ
に所定比率ｋを掛けて求めるが、車両用発電装置では周
期が短くなるほど（高速回転となるほど）発電電圧の立
ち上がりが良くなって進相電流を通電するほうが好適な
期間すなわち進相電流給電期間は短縮されるので、所定
比率ｋは周期が短くなるに応じて小さくしてもよい。次
に、進相電流給電時間である短絡時間ΔＴに所定の小値
αを加えてステップ１１４に進む。なお、ステップ１１
２において、ルーチンの最初の時点ではΔＴを記憶する
レジスタは初期設定により零にリセットされている。
（１００）、バッテリ電圧ＶＢが所定値ＶＢｒｅｆを下
回るかどうかを調べ（１０２）、以上であればステップ
１１６へ進み、下回れば界磁電流Ｉｆが所定値Ｉｆｒｅ
ｆを超えるかどうかを調べ（１０４）、以下であればス
テップ１１６へ進み、超えれば重負荷状態すなわち発電
不足状態と判定して相電圧Ｖａを読み込み（１０６）、
次に、相電圧Ｖａの波形からその周期Ｔを決定する（１
０８）。この周期はピーク値間の時間を求めてもよく、
ゼロクロス点間の時間を求めて２倍してもよい。次に、
求めた周期Ｔから進相電流給電期間（短絡期間）の最大
値である最大遅延時間ΔＴｍａｘを決定する（１１
０）。本実施例では、最大遅延時間ΔＴｍａｘは周期Ｔ
に所定比率ｋを掛けて求めるが、車両用発電装置では周
期が短くなるほど（高速回転となるほど）発電電圧の立
ち上がりが良くなって進相電流を通電するほうが好適な
期間すなわち進相電流給電期間は短縮されるので、所定
比率ｋは周期が短くなるに応じて小さくしてもよい。次
に、進相電流給電時間である短絡時間ΔＴに所定の小値
αを加えてステップ１１４に進む。なお、ステップ１１
２において、ルーチンの最初の時点ではΔＴを記憶する
レジスタは初期設定により零にリセットされている。
【００３５】ステップ１１４では、後述する短絡（進相
電流給電）サブルーチンの実行を指令するフラグを１に
セットし、ステップ１１６では、このフラグを０にリセ
ットする。次に、図４及び図５を参照して、上記短絡
（進相電流給電）サブルーチンを説明する。このサブル
ーチンは、一定時間毎に優先実施される割り込みルーチ
ンであって、実行周期はステップ１０８で決定した周期
Ｔの例えば２％の長さの周期とされる。
電流給電）サブルーチンの実行を指令するフラグを１に
セットし、ステップ１１６では、このフラグを０にリセ
ットする。次に、図４及び図５を参照して、上記短絡
（進相電流給電）サブルーチンを説明する。このサブル
ーチンは、一定時間毎に優先実施される割り込みルーチ
ンであって、実行周期はステップ１０８で決定した周期
Ｔの例えば２％の長さの周期とされる。
【００３６】まず、この短絡制御の実施を指令するフラ
グＦが１であるかどうかを調べ（２００）、０であれば
短絡制御の実施指令無しとしてメインルーチン（図３）
にリターンし、１であれば短絡制御の実施指令有りとし
てステップ２０１に進む。ステップ２０１では相電圧Ｖ
ａ〜Ｖｃを読み込み、読み込んだ相電圧Ｖａがバッテリ
電圧ＶＢより小さいかどうかを調べ（２０２）、小さく
なければステップ２０３に進み、小さければステップ２
１２に進む。ステップ２０３では相電圧Ｖａが接地電圧
ＶＥ（＝０Ｖ）より大きいかどうかを調べ、大きくなけ
ればステップ２０４に進み、大きければステップ２１２
に進む。ステップ２１２では、短絡スイッチ４１の導通
時間を設定するためのタイマａをスタートさせ、直ちに
短絡スイッチ４１をオンし（２１４）、ステップ３００
へ進む。
グＦが１であるかどうかを調べ（２００）、０であれば
短絡制御の実施指令無しとしてメインルーチン（図３）
にリターンし、１であれば短絡制御の実施指令有りとし
てステップ２０１に進む。ステップ２０１では相電圧Ｖ
ａ〜Ｖｃを読み込み、読み込んだ相電圧Ｖａがバッテリ
電圧ＶＢより小さいかどうかを調べ（２０２）、小さく
なければステップ２０３に進み、小さければステップ２
１２に進む。ステップ２０３では相電圧Ｖａが接地電圧
ＶＥ（＝０Ｖ）より大きいかどうかを調べ、大きくなけ
ればステップ２０４に進み、大きければステップ２１２
に進む。ステップ２１２では、短絡スイッチ４１の導通
時間を設定するためのタイマａをスタートさせ、直ちに
短絡スイッチ４１をオンし（２１４）、ステップ３００
へ進む。
【００３７】ステップ２０４では相電圧Ｖｂがバッテリ
電圧ＶＢより小さいかどうかを調べ、小さくなければス
テップ２０６に進み、小さければステップ２１６に進
む。ステップ２０６では相電圧Ｖｂが接地電圧ＶＥ（＝
０Ｖ）より大きいかどうかを調べ、大きくなければステ
ップ２０８に進み、大きければステップ２１６に進む。
ステップ２１６では、短絡スイッチ４２の導通時間を設
定するためのタイマｂをスタートさせ、直ちに短絡スイ
ッチ４２をオンし（２１８）、ステップ３００へ進む。
電圧ＶＢより小さいかどうかを調べ、小さくなければス
テップ２０６に進み、小さければステップ２１６に進
む。ステップ２０６では相電圧Ｖｂが接地電圧ＶＥ（＝
０Ｖ）より大きいかどうかを調べ、大きくなければステ
ップ２０８に進み、大きければステップ２１６に進む。
ステップ２１６では、短絡スイッチ４２の導通時間を設
定するためのタイマｂをスタートさせ、直ちに短絡スイ
ッチ４２をオンし（２１８）、ステップ３００へ進む。
【００３８】ステップ２０８では相電圧Ｖｃがバッテリ
電圧ＶＢより小さいかどうかを調べ、小さくなければス
テップ２１０へ進み、小さければステップ２２０に進
む。ステップ２１０では相電圧Ｖｃが接地電圧ＶＥ（＝
０Ｖ）より大きいかどうかを調べ、大きくなければステ
ップ３００に進み、大きければステップ２２０に進む。
ステップ２２０では、短絡スイッチ４３の導通時間を設
定するためのタイマｃをスタートさせ、直ちに短絡スイ
ッチ４３をオンし（２２２）、ステップ３００へ進む。
電圧ＶＢより小さいかどうかを調べ、小さくなければス
テップ２１０へ進み、小さければステップ２２０に進
む。ステップ２１０では相電圧Ｖｃが接地電圧ＶＥ（＝
０Ｖ）より大きいかどうかを調べ、大きくなければステ
ップ３００に進み、大きければステップ２２０に進む。
ステップ２２０では、短絡スイッチ４３の導通時間を設
定するためのタイマｃをスタートさせ、直ちに短絡スイ
ッチ４３をオンし（２２２）、ステップ３００へ進む。
【００３９】なお、ステップ２１４、２２２、２１８終
了後、直ちにステップ３００へ飛ぶのは、図４、図５の
ルーチンは定期的かつ頻繁に実施されており、短絡スイ
ッチ４１〜４３の位相差によりそれらが１回のルーチン
巡回時間内において一所にオンされることはないからで
ある。また、タイマａ、ｂ、ｃには、ステップ１１２で
算出された遅延時間ΔＴがセットされているものとす
る。
了後、直ちにステップ３００へ飛ぶのは、図４、図５の
ルーチンは定期的かつ頻繁に実施されており、短絡スイ
ッチ４１〜４３の位相差によりそれらが１回のルーチン
巡回時間内において一所にオンされることはないからで
ある。また、タイマａ、ｂ、ｃには、ステップ１１２で
算出された遅延時間ΔＴがセットされているものとす
る。
【００４０】次のステップ３００では、タイマａのカウ
ント値がそれにセットされた短絡時間ΔＴに達したかど
うかを調べ、達していなければステップ３０４へ進み、
満了していれば短絡スイッチ４１をオフし、タイマａを
リセットして（３０２）、ステップ３０４へ進む。次の
ステップ３０４では、タイマｂのカウント値がそれにセ
ットされた短絡時間ΔＴに達したかどうかを調べ、達し
ていなければステップ３０８へ進み、満了していれば短
絡スイッチ４２をオフし、タイマｂをリセットして（３
０６）、ステップ３０４へ進む。
ント値がそれにセットされた短絡時間ΔＴに達したかど
うかを調べ、達していなければステップ３０４へ進み、
満了していれば短絡スイッチ４１をオフし、タイマａを
リセットして（３０２）、ステップ３０４へ進む。次の
ステップ３０４では、タイマｂのカウント値がそれにセ
ットされた短絡時間ΔＴに達したかどうかを調べ、達し
ていなければステップ３０８へ進み、満了していれば短
絡スイッチ４２をオフし、タイマｂをリセットして（３
０６）、ステップ３０４へ進む。
【００４１】次のステップ３０８では、タイマｃのカウ
ント値がそれにセットされた短絡時間ΔＴに達したかど
うかを調べ、達していなければメインルーチン（図２）
にリターンし、満了していれば短絡スイッチ４３をオフ
し、タイマｃをリセットして（３１０）、メインルーチ
ンにリターンする。なお、ステップ１１２は短絡時間を
順次増大するように構成しているが、このルーチンが余
り素早く巡回すると、短絡時間の増大が早すぎるので、
図３のルーチンは所定時間毎に実施することが好まし
い。
ント値がそれにセットされた短絡時間ΔＴに達したかど
うかを調べ、達していなければメインルーチン（図２）
にリターンし、満了していれば短絡スイッチ４３をオフ
し、タイマｃをリセットして（３１０）、メインルーチ
ンにリターンする。なお、ステップ１１２は短絡時間を
順次増大するように構成しているが、このルーチンが余
り素早く巡回すると、短絡時間の増大が早すぎるので、
図３のルーチンは所定時間毎に実施することが好まし
い。
【００４２】上記動作により、各電機子巻線１１〜１３
には、流出電流が０になった後、短絡スイッチ４１〜４
３を通じて進相電流（短絡電流）が流入し、また、流入
電流が０になった後、短絡スイッチ４１〜４３を通じて
進相電流（短絡電流）が流出し、これにより図６に示す
ように、電流を進相する状態で波形を正弦波形に近づけ
る。これにより出力が増大し、かつ騒音、振動が減少す
る。
には、流出電流が０になった後、短絡スイッチ４１〜４
３を通じて進相電流（短絡電流）が流入し、また、流入
電流が０になった後、短絡スイッチ４１〜４３を通じて
進相電流（短絡電流）が流出し、これにより図６に示す
ように、電流を進相する状態で波形を正弦波形に近づけ
る。これにより出力が増大し、かつ騒音、振動が減少す
る。
【００４３】更に、図６を参照しつつＸ相を例に具体的
に説明すると、時点ｔ１にてＸ相の電機子電圧ＶａがＶ
Ｂより小さくなる。この時、短絡スイッチ４１によりＸ
相と後続する位相の電圧を有するＹ相を短絡すると、２
相間の電圧差でＹ相である電機子巻線１２からＸ相であ
る電機子巻線１１へ短絡電流が流れ、進相電流Δｉ１が
流れる。時点ｔ２はＶａが０Ｖ以下となる時点であり、
これ以後は、短絡スイッチ４１を遮断しても電機子巻線
１１に電流が流れ込むので短絡スイッチ４１をオンする
必要がない。すなわち、時点ｔ１〜ｔ２期間は最大の短
絡時間ΔＴｍａｘとなることがわかる。電流方向が逆と
なるだけで全く同様に、時点ｔ３と時点ｔ４との間の期
間は最大の短絡時間ΔＴｍａｘとなり、この期間におい
て、短絡スイッチ４１が所定の短絡期間ΔＴだけ短絡さ
れ、進相電流Δｉ２が電機子巻線１１から電機子巻線１
２へ流出することがわかる。
に説明すると、時点ｔ１にてＸ相の電機子電圧ＶａがＶ
Ｂより小さくなる。この時、短絡スイッチ４１によりＸ
相と後続する位相の電圧を有するＹ相を短絡すると、２
相間の電圧差でＹ相である電機子巻線１２からＸ相であ
る電機子巻線１１へ短絡電流が流れ、進相電流Δｉ１が
流れる。時点ｔ２はＶａが０Ｖ以下となる時点であり、
これ以後は、短絡スイッチ４１を遮断しても電機子巻線
１１に電流が流れ込むので短絡スイッチ４１をオンする
必要がない。すなわち、時点ｔ１〜ｔ２期間は最大の短
絡時間ΔＴｍａｘとなることがわかる。電流方向が逆と
なるだけで全く同様に、時点ｔ３と時点ｔ４との間の期
間は最大の短絡時間ΔＴｍａｘとなり、この期間におい
て、短絡スイッチ４１が所定の短絡期間ΔＴだけ短絡さ
れ、進相電流Δｉ２が電機子巻線１１から電機子巻線１
２へ流出することがわかる。
【００４４】尚、本実施例では、進相電流を給電するタ
イミングで、短絡スイッチを導通させているが、異なる
スイッチ（例えば時刻ｔ1 〜ｔ2 で、短絡スイッチ４
３）を短絡すれば、方向の異なる遅相電流を流すことが
できる。この場合、出力電流を減少させることができ、
界磁量を調整することなく、電力を調整することができ
る。
イミングで、短絡スイッチを導通させているが、異なる
スイッチ（例えば時刻ｔ1 〜ｔ2 で、短絡スイッチ４
３）を短絡すれば、方向の異なる遅相電流を流すことが
できる。この場合、出力電流を減少させることができ、
界磁量を調整することなく、電力を調整することができ
る。
【００４５】本実施例では、短絡期間ΔＴを調節するこ
とにより進相電流量を制御しているが、進相電流量を時
点ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４の間でＰＷＭ制御して調節す
ることもできる。ＰＷＭ制御自体は周知であるので説明
を省略する。また、上記実施例では、各短絡スイッチ１
１〜１３はそれぞれ各半周期毎に必ず短絡させている
が、間引きして例えば所定周期に１回だけ短絡させても
よい。なお、短絡時における短絡スイッチ４１〜４３の
オン抵抗を予め好適な値に設計しておくことにより過大
な短絡電流を防止することができる。ただ、電機子巻線
１１〜１３のインダクタンスが存在するため、過大な短
絡電流が流れるという可能性は小さい。
とにより進相電流量を制御しているが、進相電流量を時
点ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４の間でＰＷＭ制御して調節す
ることもできる。ＰＷＭ制御自体は周知であるので説明
を省略する。また、上記実施例では、各短絡スイッチ１
１〜１３はそれぞれ各半周期毎に必ず短絡させている
が、間引きして例えば所定周期に１回だけ短絡させても
よい。なお、短絡時における短絡スイッチ４１〜４３の
オン抵抗を予め好適な値に設計しておくことにより過大
な短絡電流を防止することができる。ただ、電機子巻線
１１〜１３のインダクタンスが存在するため、過大な短
絡電流が流れるという可能性は小さい。
【００４６】次に、図６において、短絡スイッチ４１を
時点ｔ１〜ｔ２の間にて遮断してから時点ｔ２までの期
間の電磁現象について以下に説明する。短絡時間が終了
した時点（以下、ｔ1 ’とする）において、上記短絡電
流が通電されてない場合には、相電圧Ｖａは通常、低位
直流電源端の電圧（０Ｖ）より大きい値であり、時点ｔ
1 ’後、相電流Ｉｘが低位直流電源端から固定子巻線１
１へ流れ込むことはない。
時点ｔ１〜ｔ２の間にて遮断してから時点ｔ２までの期
間の電磁現象について以下に説明する。短絡時間が終了
した時点（以下、ｔ1 ’とする）において、上記短絡電
流が通電されてない場合には、相電圧Ｖａは通常、低位
直流電源端の電圧（０Ｖ）より大きい値であり、時点ｔ
1 ’後、相電流Ｉｘが低位直流電源端から固定子巻線１
１へ流れ込むことはない。
【００４７】しかし、時点ｔ1 ’まで固定子巻線１１ａ
短絡相電流を流入させると、時点ｔ 1 ’における短絡ス
イッチ４１の遮断時に各固定子巻線１１〜１３に発生す
る逆起電力が固定子巻線１１の出力端の電位すなわち相
電圧Ｖａを低下させる向きに発生し、この逆起電力の分
だけ相電圧Ｖａが低下して低位直流電源端（０Ｖ）の電
位より低下し、その結果として、発電電流が低位直流電
源端からダイオード３４を通じて固定子巻線１１に流入
することになる。
短絡相電流を流入させると、時点ｔ 1 ’における短絡ス
イッチ４１の遮断時に各固定子巻線１１〜１３に発生す
る逆起電力が固定子巻線１１の出力端の電位すなわち相
電圧Ｖａを低下させる向きに発生し、この逆起電力の分
だけ相電圧Ｖａが低下して低位直流電源端（０Ｖ）の電
位より低下し、その結果として、発電電流が低位直流電
源端からダイオード３４を通じて固定子巻線１１に流入
することになる。
【００４８】言い換えれば、短絡電流（進相電流）の通
電により固定子巻線１１〜１３に電磁エネルギが有効に
蓄積され、この電磁エネルギが時点ｔ1 ’以後に放出さ
れると考えられる。なお、この時点ｔ1 ’以後の発電電
流は高位直流電源端からバッテリ１０により回収され
る。また、本実施例では上記した短絡スイッチ４１〜４
３により進相電流の給電を行うので、万一、これらのス
イッチが遮断不能となってもバッテリ１０が放電するこ
とがなく、安全であるという優れた効果を奏する。
電により固定子巻線１１〜１３に電磁エネルギが有効に
蓄積され、この電磁エネルギが時点ｔ1 ’以後に放出さ
れると考えられる。なお、この時点ｔ1 ’以後の発電電
流は高位直流電源端からバッテリ１０により回収され
る。また、本実施例では上記した短絡スイッチ４１〜４
３により進相電流の給電を行うので、万一、これらのス
イッチが遮断不能となってもバッテリ１０が放電するこ
とがなく、安全であるという優れた効果を奏する。
【００４９】なお、電機子巻線１１〜１３は図１の星型
接続の他に、Δ接続としてもよく、また相数も三相に限
定されないことは当然である。図９及び図１０にこの実
施例の変形態様を示す。これらの変形態様は、図１の実
施例の部分実施であって、図９では２相だけを短絡し、
図１０は１相だけを短絡したものである。このようにす
れば回路構成を簡素化しつつ進相電流効果を実現するこ
とができる。
接続の他に、Δ接続としてもよく、また相数も三相に限
定されないことは当然である。図９及び図１０にこの実
施例の変形態様を示す。これらの変形態様は、図１の実
施例の部分実施であって、図９では２相だけを短絡し、
図１０は１相だけを短絡したものである。このようにす
れば回路構成を簡素化しつつ進相電流効果を実現するこ
とができる。
【００５０】（実施例２）他の実施例を図７を参照して
説明する。本実施例では、短絡スイッチ４１１〜４１３
をスター接続して短絡回路４ａを構成したものである。
当然、本実施例では、図１における短絡スイッチ４１
の導通時に短絡スイッチ４１１、４１２を導通すればよ
く、図１における短絡スイッチ４２の導通時に短絡スイ
ッチ４１２、４１３を導通すればよく、図１における短
絡スイッチ４３の導通時に短絡スイッチ４１１、４１３
を導通すればよく、このようにすれば実施例１と同様の
効果を奏する。 （実施例３）他の実施例を図８を参照して説明する。
説明する。本実施例では、短絡スイッチ４１１〜４１３
をスター接続して短絡回路４ａを構成したものである。
当然、本実施例では、図１における短絡スイッチ４１
の導通時に短絡スイッチ４１１、４１２を導通すればよ
く、図１における短絡スイッチ４２の導通時に短絡スイ
ッチ４１２、４１３を導通すればよく、図１における短
絡スイッチ４３の導通時に短絡スイッチ４１１、４１３
を導通すればよく、このようにすれば実施例１と同様の
効果を奏する。 （実施例３）他の実施例を図８を参照して説明する。
【００５１】本実施例では、図１の短絡スイッチ４１の
代わりにＩＧＢＴ４２１、４３１を用い、図１の短絡ス
イッチ４２の代わりにＩＧＢＴ４２２、４３２を用い、
図１の短絡スイッチ４３の代わりにＩＧＢＴ４２３、４
３３を用いて、Δ接続型の短絡回路４ｂを構成したもの
である。当然、ＩＧＢＴ４２１、４３１は互いに逆方向
に短絡電流を流すように並列接続され、ＩＧＢＴ４２
２、４３２は互いに逆方向に短絡電流を流すように並列
接続され、ＩＧＢＴ４２３、４３３は互いに逆方向に短
絡電流を流すように並列接続されている。そして各ＩＧ
ＢＴ４２１〜４２３、４２４〜４２６はそれぞれ短絡通
電可能な半波期間に導通される。導通期間の設定自体は
実施例１と同じである。
代わりにＩＧＢＴ４２１、４３１を用い、図１の短絡ス
イッチ４２の代わりにＩＧＢＴ４２２、４３２を用い、
図１の短絡スイッチ４３の代わりにＩＧＢＴ４２３、４
３３を用いて、Δ接続型の短絡回路４ｂを構成したもの
である。当然、ＩＧＢＴ４２１、４３１は互いに逆方向
に短絡電流を流すように並列接続され、ＩＧＢＴ４２
２、４３２は互いに逆方向に短絡電流を流すように並列
接続され、ＩＧＢＴ４２３、４３３は互いに逆方向に短
絡電流を流すように並列接続されている。そして各ＩＧ
ＢＴ４２１〜４２３、４２４〜４２６はそれぞれ短絡通
電可能な半波期間に導通される。導通期間の設定自体は
実施例１と同じである。
【００５２】なお、上記した実施例では、ダイオード３
１〜３６の両端の電位差に基づいて短絡タイミングを決
定したが、ダイオード３１〜３６と直列に電流検出用の
低抵抗を接続し、その電位差に基づいて短絡タイミング
を決定してもよい。また、発電機のロータの絶対回転角
度をロータリーエンコーダにより検出し、それに基づい
て短絡タイミングを決定することもできる。
１〜３６の両端の電位差に基づいて短絡タイミングを決
定したが、ダイオード３１〜３６と直列に電流検出用の
低抵抗を接続し、その電位差に基づいて短絡タイミング
を決定してもよい。また、発電機のロータの絶対回転角
度をロータリーエンコーダにより検出し、それに基づい
て短絡タイミングを決定することもできる。
【００５３】（変形態様）なお、三相全波整流器３は、
図１０に示すように、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体
スイッチング素子からなる三相インバータ回路３ｂに変
更できることはもちろん。この場合、コントローラ７は
各ＭＯＳＦＥＴを断続制御する。これにより、モータ発
電切替え動作をする回転機に於いて、発電時に進相電流
を給電でき発電量を向上できる。
図１０に示すように、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体
スイッチング素子からなる三相インバータ回路３ｂに変
更できることはもちろん。この場合、コントローラ７は
各ＭＯＳＦＥＴを断続制御する。これにより、モータ発
電切替え動作をする回転機に於いて、発電時に進相電流
を給電でき発電量を向上できる。
【図１】本発明の車両用交流発電装置の一実施例を示す
回路図である。
回路図である。
【図２】実施例１におけるＭＯＳＦＥＴの等価回路図で
ある。
ある。
【図３】実施例１におけるコントローラ７の具体動作例
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図４】実施例１におけるコントローラ７の具体動作例
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図５】実施例１におけるコントローラ７の具体動作例
を示すフローチャートである。
を示すフローチャートである。
【図６】電機子巻線の相電圧Ｖａ、Ｖｂと、電機子巻線
１１の電流（Ｘ相電流）と、短絡回路４１の導通タイミ
ングとの関係を示すタイミングチャートである。
１１の電流（Ｘ相電流）と、短絡回路４１の導通タイミ
ングとの関係を示すタイミングチャートである。
【図７】他の実施例を示す回路図である。
【図８】他の実施例を示す回路図である。
【図９】他の実施例を示す回路図である。
【図１０】他の実施例を示す回路図である。
【図１１】他の実施例を示す回路図である。
１は三相同期発電機（交流発電機）、４は短絡回路（相
間短絡手段）、１１〜１３は電機子巻線、３は三相全波
整流器（交直電力変換手段）、４１〜４３は短絡スイッ
チ（半導体スイッチング素子）、７はコントローラ（制
御手段）、３ｂは三相インバータ回路（正逆両方向通電
開閉回路）、１０はバッテリ、ステップ１０８は回転数
に関連する物理量を検出する検出手段、ステップ２０１
は電流に関連する状態量を検出する検出手段である。
間短絡手段）、１１〜１３は電機子巻線、３は三相全波
整流器（交直電力変換手段）、４１〜４３は短絡スイッ
チ（半導体スイッチング素子）、７はコントローラ（制
御手段）、３ｂは三相インバータ回路（正逆両方向通電
開閉回路）、１０はバッテリ、ステップ１０８は回転数
に関連する物理量を検出する検出手段、ステップ２０１
は電流に関連する状態量を検出する検出手段である。
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フロントページの続き
(72)発明者 草瀬 新
愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本
電装株式会社内
(56)参考文献 特開 平３−207225（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−86600（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−277432（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−33228（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02J 7/14 - 7/24
H02P 9/30
Claims (16)
- 【請求項１】多相の電機子巻線を有する交流発電機と、
前記電機子巻線から出力される電力を整流して電気負荷
に給電する交直電力変換手段とを備える車両用発電装置
において、 半導体スイッチング素子で構成されて前記電機子巻線の
所定の出力端間を短絡する相間短絡手段と、 前記半導体スイッチング素子を所定のタイミングで開閉
して前記電機子巻線の前記短絡の電流を通電する制御手
段と、 を備え、 前記制御手段は、前記半導体スイッチング素子を所定の
タイミングで開閉して、前記電気子捲線の電圧と異なる
位相の電機子電流を通電するものであり、詳しくは前記
短絡のために前記半導体スイッチング素子を導通させ
て、前記各相電流が０になる期間として規定される発電
電流非出力期間に前記短絡の電流を流すものである こと
を特徴とする車両用発電装置。 - 【請求項２】前記交直電力変換手段は、前記電機子巻線
の出力端にアノードが高位直流電源端にカソードが接続
されるハイサイドのダイオードと、前記電機子巻線の出
力端にカソードが低位直流電源端にアノードが接続され
るローサイドのダイオードとをもつ整流器からなる請求
項１記載の車両用発電装置。 - 【請求項３】前記交直電力変換手段は、前記電機子巻線
の出力端と高位直流電源端とを接続する半導体スイッチ
ング素子からなるハイサイドスイッチと、前記電機子巻
線の出力端と低位直流電源端とを接続する半導体スイッ
チング素子からなるローサイドスイッチとからなる正逆
両方向通電開閉回路からなる請求項１記載の車両用発電
装置。 - 【請求項４】一個の前記半導体スイッチング素子が前記
電機子巻線の所定の一対の出力端間に介設される請求項
１記載の車両用発電装置。 - 【請求項５】前記交流発電機は三相交流発電機であり、
前記相間短絡手段は、△結線されている請求項４記載の
車両用発電装置。 - 【請求項６】複数の前記半導体スイッチング素子は、前
記電機子巻線の各出力端と共通接続点との間に個別に介
設されて、前記相間短絡手段が星型接続回路を構成する
請求項２又は３記載の車両用発電装置。 - 【請求項７】前記半導体スイッチング素子は、ＭＯＳＦ
ＥＴからなる請求項６記載の車両用発電装置。 - 【請求項８】前記ＭＯＳＦＥＴは、寄生ダイオードの導
通を阻止する高低抗体を有する請求項７記載の車両用発
電装置。 - 【請求項９】前記ＭＯＳＦＥＴは、ＳｉＣを素材として
形成される請求項７または８記載の車両用発電装置。 - 【請求項１０】前記半導体スイッチング素子は、一方向
に電流が流れる単方向性半導体スイッチング素子を互い
に逆向きかつ並列に接続して構成される請求項１乃至９
のいずれか記載の車両用発電装置。 - 【請求項１１】前記交直電力変換手段はバッテリに給電
するものである請求項１乃至１０のいずれか記載の車両
用発電装置。 - 【請求項１２】前記制御手段は、進相電流目標値に対応
して決定した所定の導通期間の間、所定の導通時点から
前記半導体スイッチング素子を導通させるものである請
求項１１乃至１１のいずれか記載の車両用発電装置。 - 【請求項１３】前記発電機の回転数に関連する物理量を
検出する検出手段を有し、前記制御手段は、前記物理量
に基づいて前記回転数に応じて決定した最大導通期間の
範囲内で前記導通期間を設定するものである請求項１２
記載の車両用発電装置。 - 【請求項１４】前記電機子巻線の電流に関連する状態量
を検出する検出手段を有し、前記進相電流制御手段は、
前記物理量に基づいて前記半導体スイッチング素子を開
閉して前記進相電流を制御するものである請求項１乃至
１３のいずれか記載の車両用発電装置。 - 【請求項１５】前記制御手段は、前記固定子巻線の出力
端と前記交直電力変換手段の高位直流電源端又は低位直
流電源端との間の電位差が所定の絶対値以下となった時
点で前記半導体スイッチング素子を導通するものである
請求項１４記載の車両用発電装置。 - 【請求項１６】前記制御手段は、前記固定子巻線の出力
端と前記交直電力変換手段の高位直流電源端又は低位直
流電源端との間の電位差が所定の絶対値以下となった時
点から所定遅延時間経過後、前記半導体スイッチング素
子を遮断するものである請求項１４記載の車両用発電装
置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09897895A JP3412329B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 車両用発電装置 |
| US08/627,478 US5723973A (en) | 1995-04-24 | 1996-04-04 | Generating apparatus |
| DE69615256T DE69615256T2 (de) | 1995-04-24 | 1996-04-16 | Energieerzeuger |
| EP96105956A EP0740389B1 (en) | 1995-04-24 | 1996-04-16 | Generating apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08298730A JPH08298730A (ja) | 1996-11-12 |
| JP3412329B2 true JP3412329B2 (ja) | 2003-06-03 |
Family
ID=14234116
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09897895A Expired - Fee Related JP3412329B2 (ja) | 1995-04-24 | 1995-04-24 | 車両用発電装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5723973A (ja) |
| EP (1) | EP0740389B1 (ja) |
| JP (1) | JP3412329B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| DE10028135A1 (de) * | 2000-06-07 | 2001-12-13 | Bosch Gmbh Robert | Vorrichtung zur Regelung des Erregerstromes für einen Drehstromgenerator |
| JP3826785B2 (ja) * | 2001-12-25 | 2006-09-27 | 株式会社デンソー | 回転電機 |
| US7129678B2 (en) * | 2002-01-25 | 2006-10-31 | Victory Industrial Corporation | High voltage generator using inductor-based charge pump for automotive alternator voltage regulator |
| JP2004274842A (ja) * | 2003-03-06 | 2004-09-30 | Suzuki Motor Corp | 交流発電機の発電制御装置 |
| JP2005160129A (ja) * | 2003-11-20 | 2005-06-16 | Kokusan Denki Co Ltd | バッテリ充電制御装置 |
| US20070090767A1 (en) * | 2005-10-24 | 2007-04-26 | American Electrolier, Inc. | Lighting system with multi-ballast AC-to-DC converter |
| US7915867B1 (en) * | 2008-04-25 | 2011-03-29 | Potenco, Inc. | Synchronous control for generator output |
| JP2011067031A (ja) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Mitsuba Corp | 車両用電源装置 |
| JP5510802B2 (ja) * | 2010-02-23 | 2014-06-04 | 株式会社デンソー | 車両用発電機 |
| JP5841748B2 (ja) * | 2011-06-03 | 2016-01-13 | 株式会社Ｉｈｉエアロスペース | 発電装置 |
| DE102011106811A1 (de) * | 2011-07-07 | 2013-01-10 | Minebea Co., Ltd. | Energiewandler mit Spannungskonverter |
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|---|---|---|---|---|
| JPS59216476A (ja) * | 1983-05-19 | 1984-12-06 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | 電圧形インバータの電流制御方法および装置 |
| FR2601207B1 (fr) * | 1986-07-04 | 1988-10-21 | Valeo | Ensemble d'alimentation electrique, notamment pour vehicule automobile et machine electrique tournante pour un tel ensemble |
| US5177677A (en) * | 1989-03-08 | 1993-01-05 | Hitachi, Ltd. | Power conversion system |
| DE4032492A1 (de) * | 1990-10-12 | 1992-04-16 | Siemens Ag | Elektrische maschine fuer stromrichterbetrieb mit einer umschaltbaren, mehrphasigen staenderwicklung |
| JPH04188206A (ja) * | 1990-11-22 | 1992-07-06 | Hitachi Ltd | 電源装置 |
| US5418401A (en) * | 1991-10-29 | 1995-05-23 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Power supply apparatus for a vehicle having batteries of different voltages which are charged according to alternator speed |
| US5214371A (en) * | 1991-12-04 | 1993-05-25 | General Motors Corporation | Voltage regulator for variable speed permanent magnet alternators |
| JP3066622B2 (ja) * | 1992-08-04 | 2000-07-17 | 本田技研工業株式会社 | 電気自動車用同期モータ制御装置 |
| JP3195105B2 (ja) * | 1993-02-26 | 2001-08-06 | 株式会社東芝 | 多相入力用直流電源回路 |
| JPH06284657A (ja) * | 1993-03-29 | 1994-10-07 | Satake Eng Co Ltd | 誘導発電機 |
| JP3374491B2 (ja) * | 1993-12-24 | 2003-02-04 | 株式会社デンソー | 車両用発電電動装置 |
-
1995
- 1995-04-24 JP JP09897895A patent/JP3412329B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1996
- 1996-04-04 US US08/627,478 patent/US5723973A/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-16 EP EP96105956A patent/EP0740389B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1996-04-16 DE DE69615256T patent/DE69615256T2/de not_active Expired - Lifetime
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|---|---|
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| DE69615256D1 (de) | 2001-10-25 |
| EP0740389A1 (en) | 1996-10-30 |
| US5723973A (en) | 1998-03-03 |
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