JP3435864B2 - 三相交流機の発電電圧制御装置 - Google Patents

三相交流機の発電電圧制御装置

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、自動車用三相交流機
の発電電圧の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から自動車の発電機は三相交流発電
機が搭載されており、ベルト等でエンジンで駆動して、
三相交流電力を発生させ、それを三相全波整流して直流
に変換している。自動車のエンジンは使用回転域が、5
00〜数1000rpmと非常に広く、かつ使用電流も
0〜最大電流と広いため、自動車に搭載される三相交流
発電機は発電電圧の変動を少なくするため界磁巻線を有
して、その界磁巻線に流れる電流を制御することにより
電圧の制御を行っている。つまり、エンジン低回転域で
使用電流が大きい時は発電電圧が低下するので界磁電流
を最大とし、エンジン高回転で発電電流が小さいときは
界磁電流を最小にすることにより電圧制御をおこなって
いる。又、自動車の電気回路の電源電圧は、バッテリの
電圧から12V又は24Vとなっているので、自動車用
三相交流発電機は低回転、大出力電流でこれらの電圧を
発生するように設計されているので、高回転、小出力電
流では、これの数倍の電圧を発生することも可能なもの
である。
【0003】最近自動車用の電源電圧の高電圧化が要望
されている。その理由は、ディーゼルエンジンのパティ
キュレートフィルタのヒータやガソリンエンジンの排気
ガス触媒のプレヒータ等排気ガス浄化の目的で使用され
る装置が高電圧・大電力であることや、エンジンの排気
エネルギーを利用するターボチャージャの回転軸に電動
・発電機を取り付け、排気エネルギーの少ない低速域で
は電動・発電機を電動機運転し、ターボチャージャの過
給作動を付勢し、またエンジンが高速運転域では電動・
発電機を発電機運転させ排気エネルギーを電気エネルギ
ーに変換し電力として回収する装置が発案され、これら
も高電圧、大電力であることによる。
【0004】ところで、従来の自動車の三相交流発電機
は、前述のように自動車の電源電圧が低いことから、広
回転域で使用されるにもかかわらず比較的簡単な装置で
一定電圧に制御がなされてきたが、上記のように高電圧
になると広回転域で一定の電圧にすることは非常に困難
であり、電圧変動が大きいという問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、自動車
のエンジンで駆動される三相交流発電機には高電圧化す
ると安定した電圧を得ることができないという問題あ
る。本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、
その目的は、自動車のエンジンで駆動される高電圧三相
交流発電機の発生電圧を、いかなるエンジン回転におい
ても安定した電圧を得ることが出来る装置を提供するこ
とにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本発明では、エンジンで駆動される三相交流機の発
電電圧制御装置において、ダイオードとパワースイッチ
ング素子との並列ユニットを3相整流ブリッジ接続して
構成され、前記三相交流機の出力側に接続されたインバ
ータ・コンバータ回路と、前記パワースイッチング素子
のオン,オフを制御する制御装置とを少なくとも具え、
エンジン低回転時には、前記インバータ・コンバータ回
路の一方の直流出力端子側に接続されているパワースイ
ッチング素子はオフとし、他方の直流出力端子側に接続
されているパワースイッチング素子はオン,オフするこ
とにより、発電電圧を昇圧した出力電圧を得るようにし
た。
【0007】
【作用】本発明は、自動車のエンジンで駆動される高電
圧三相交流発電機の発生電圧を、いかなるエンジン回転
においても安定した電圧を得ることが出来る。
【0008】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて詳細に
説明する。図1は、第1の実施例を示すブロック線図で
ある。1は自動車のエンジンにより駆動される三相交流
機であり、2は前記三相交流機を発電機運転するときは
コンバ−タ(整流器)として作動し、三相交流機が電動
機として作動するときはインバ−タとして作動するイン
バ−タ・コンバ−タ回路である。3は平滑回路で、前記
インバ−タ・コンバ−タ回路2の出力を平滑する回路で
あり、4は該平滑回路3の出力を従来のバッテリ7や車
載補機8用の電圧に降圧、及び三相交流機1を電動機運
転する場合はバッテリ電圧を所要の電圧に昇圧する双方
向電圧レギュレ−タである。5は前記インバータ・コン
バータ回路2の制御を行う制御装置であり、図示しない
が、マイクロコンピュータ、ROM、RAM及びI/O
とで構成されており、ROMには、前記インバータ・コ
ンバータ回路2の制御に必要な制御プログラム等が予め
記憶されている。RAMは、前記制御プログラム実行中
に一時的なデータや補正データ等が記憶される。I/O
は、エンジン回転センサ、エンジン水温センサ等の車両
やエンジンの状態を検出する各種センサ6の信号を入力
として取り込み、インバータ・コンバータ回路2の制御
信号を出力するものである。9は高電圧補機であり前記
平滑回路3の出力電圧が直接印加されている。
【0009】図3は、前記インバータ・コンバータ回路
2の詳細図であり、本図において、図1と共通のものは
同一の番号を付しその説明は省略する。10a、10
b、10c、11a、11b及び11cは、パワートラ
ンジスタであり、三相交流機1の各相出力とチョークコ
イル14a、14b及び14cを介して、それぞれ2個
接続され周知のインバータ回路が構成されている。尚、
チョークコイル14a、14b及び14cは、後述する
昇圧チョッパ動作のために挿入するもので三相交流機1
の各相のインダクタンスと、出力電圧との関係で決定さ
れるものであり必ずしも必要ではない。前記各パワート
ランジスタのコレクタ、エミッタ間には、ダイオード1
2a、12b、12c、13a、13b及び13cが接
続されている。15、16はそれぞれコンデンサと抵抗
器であり、前記発電昇圧チョッパ動作のために必要な素
子である。
【0010】ここで、図1と図3とで、本発明の第1の
実施例の作動を説明する。まず、三相交流機1を電動機
運転する場合について説明する。制御装置5が各種セン
サ6の信号により三相交流機1を電動機運転するタイミ
ング又は条件であると判断すると、制御装置5から双方
向電圧レギュレータ4に昇圧指示が発せられ、バッテリ
7の低電圧直流電力は、双方向電圧レギュレータ4によ
り高電圧直流電圧に変換され、平滑回路3を経由してイ
ンバータ・コンバータ回路2に印加される。インバータ
・コンバータ回路2は、前述のように周知のインバータ
回路となっており各パワートランジスタのベースを制御
装置5により制御し、前記平滑回路3の高電圧直流を三
相交流に変換し三相交流機1に三相交流電力を供給す
る。以上の説明でバッテリ7を電源として説明したが、
高電圧補機9が発電機であればその電力を電源とするこ
ともできる。
【0011】次に、三相交流機1を発電機運転する場合
について述べる。制御装置5が各種センサ6の信号によ
り三相交流機1を発電機運転するタイミング又は条件で
あると判断すると、制御装置5から双方向電圧レギュレ
ータ4に降圧指示が発せられるとともに、インバータ・
コンバータ回路2には、以下の制御信号が発せられる。
エンジンの回転が高速であるような十分な発電電圧が得
られる条件では、前記パワ−トランジスタ10a、10
b、10c、11a、11b及び11cは全てオフされ
る。従って、インバ−タ・コンバ−タ回路2は三相全波
整流器となり三相交流機1の発電電力をそのまま直流に
変換する。エンジンの回転が低速であるような十分な発
電電圧が得られない条件では、図3のパワートランジス
タの内、10a、10b及び10cにオフ信号が送ら
れ、パワートランジスタ10a、10b及び10cはオ
フとなる。この状態で、パワートランジスタ11a、1
1b及び11cを高速スイッチングすると、三相交流機
1の発電出力が正電圧の時は、三相交流機1の電機子巻
線のインダクタンスとインダクタンス14a〜14cと
ダイオード12a〜12cとコンデンサ15及び抵抗器
16とで昇圧回路が形成でき、三相交流機1の発生電圧
よりも高い電圧出力を得ることができ、一方三相交流機
1の発電出力が負電圧の時は、ダイオード13a〜13
cにより前記パワートランジスタ11a〜11cのスイ
ッチング動作は休止状態になり、出力には三相交流機1
の発電電圧がそのまま出力される。これらを平滑回路3
で平滑することにより、三相交流機1の発電電圧よりも
高電圧の出力を得ることができる。以上述べた、三相交
流機1の発電出力を昇圧することを、ここでは昇圧チョ
ッパ動作と定義する。
【0012】では、以上の発電チョッパ昇圧を、どのよ
うなタイミング又は条件で行うかについて図4のフロー
図で述べる。本図は、制御装置2の制御内容の一例で本
発明は以下に述べる条件、制御方法に限定されるもので
はない。では、図4のフローについて説明する。まず、
ステップ1にて、例えばエンジン回転が1200rpm
以下になると、ステップ2へ進み、平滑回路3の出力電
圧が、100V以上であるか否かを判定する。ここで
は、高電圧補機の定格電圧を仮に100Vとした。10
0V以上の場合、ステップ3へ進み、前記昇圧チョッパ
動作中であるか否かを判断し、昇圧チョッパ動作中なら
ば昇圧の必要がないのでステップ4で昇圧チョッパ動作
を中止する。ステップ3で昇圧チョッパ動作でない場合
は特に制御を行わない。後段に双方向電圧レギュレータ
4があるので、ここで厳密な電圧制御をする必要がな
い。ステップ2で100V以下の場合、ステップ5へ進
み、パワートランジスタ10a、10b及び10cをオ
フとしステップ6へ進む。ステップ6では再度平滑回路
3の出力電圧が、100V以上であるか否かを判定し、
100V以上の場合ステップ7へ進み、パワートランジ
スタ11a、11b及び11cのスイッチングのオン時
間を短くして電圧を下げる制御を行い、逆に100V以
下の場合ステップ8へ進み、パワートランジスタ11
a、11b及び11cのスイッチングのオン時間を長く
して電圧を上げる制御を行う。
【0013】次に、本発明の第2の実施例を図2に示
す。本図において、図1と共通のものは同一の番号を付
しその説明は省略する。本実施例は、第1の実施例に対
し、高電圧補機として、エンジンの排気エネルギーを利
用するターボチャージャの回転軸に設けられた三相交流
機1aとそのインバータ・コンバータ回路2aとを有す
るもので、排気エネルギーの少ないエンジン低回転域で
は三相交流機1aを電動機運転しターボチャージャの過
給作動を付勢し、またエンジンが高速回転域では三相交
流機1aを発電機運転させ排気エネルギーを電気エネル
ギーに変換し電力として回収するものである。本図の構
成にすることにより、エンジン低回転域では、三相交流
機1を前述の昇圧チョッパ動作とすることにより、三相
交流機1aの駆動電圧を確保できる。
【0014】以上、本発明を上述の実施例によって説明
したが、本発明の主旨の範囲内で種々の変形や応用が可
能であり、これらの変形や応用を本発明の範囲から排除
するものではない。
【0015】
【発明の効果】上述の実施例のように本発明によれば、
自動車のエンジンで駆動される三相交流発電機には高電
圧化すると安定した電圧を得ることができないという問
題ある。本発明は、三相交流機を発電機運転するとき昇
圧チョッパ動作を行うので、自動車のエンジンで駆動さ
れる高電圧三相交流発電機の発生電圧を、いかなるエン
ジン回転においても安定した高電圧とするこが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示すブロック線図であ
る。
【図2】本発明の第2の実施例を示すブロック線図であ
る。
【図3】本発明の実施例のインバ−タ・コンバ−タ回路
の詳細図である。
【図4】本発明の制御のフロ−を示す図面である。
【符号の説明】
1…三相交流機 1a…三相交流機 2…インバ−タ・コンバ−タ回路 2a…インバ−タ・コンバ−タ回路 3…平滑回路 4…双方向電圧レギュレ−タ 5…制御装置 6…各種センサ 7…バッテリ 8…車載補機 9…高電圧補機 10a、10b、10c…パワートランジスタ 11a、11b及び11c…パワートランジスタ ダイオード12a、12b、12c…ダイオード 13a、13b、13c…ダイオード 14a、14b、14c…チョークコイル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−245322(JP,A) 特開 平5−344798(JP,A) 特開 平4−304167(JP,A) 特開 平2−206301(JP,A) 特開 平2−146977(JP,A) 特開 平2−51360(JP,A) 特開 平1−243854(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02P 9/14 H02M 7/72 H02P 7/63 302 H02P 9/04

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンジンで駆動される三相交流機の発電
    電圧制御装置において、 ダイオードとパワースイッチング素子との並列ユニット
    を3相整流ブリッジ接続して構成され、前記三相交流機
    の出力側に接続されたインバータ・コンバータ回路と、 前記パワースイッチング素子のオン,オフを制御する制
    御装置とを少なくとも具え、 エンジン低回転時には、前記インバータ・コンバータ回
    路の一方の直流出力端子側に接続されているパワースイ
    ッチング素子はオフとし、他方の直流出力端子側に接続
    されているパワースイッチング素子はオン,オフするこ
    とにより、発電電圧を昇圧した出力電圧を得るようにし
    たことを特徴とする三相交流機の発電電圧制御装置。
  2. 【請求項2】 三相交流機がエンジンにより駆動される
    ものであることを特徴とする請求項1記載の三相交流機
    の発電電圧制御装置。
  3. 【請求項3】 昇圧する手段が、三相交流機のインダク
    タンス分を有する出力線輪と、オン,オフされる側のパ
    ワースイッチング素子とで構成されることを特徴とする
    請求項1または2記載の三相交流機の発電電圧制御装
    置。
  4. 【請求項4】 昇圧する手段が、三相交流機のインダク
    タンス分を有する出力線輪と、該出力線輪に直列接続さ
    れたチョークコイルと、オン,オフされる側のパワース
    イッチング素子とで構成されることを特徴とする請求項
    1または2記載の三相交流機の発電電圧制御装置。
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CN108199630A (zh) * 2017-12-29 2018-06-22 江苏金都电力科技有限公司 发电机励磁系统自动电压调节与发电机组控制一体化装置

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