JP4186880B2 - AC generator for vehicles - Google Patents
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Description
本発明は車両用交流発電機に関し、特にロードダンプサージ吸収特性に優れた車両用交流発電機に関する。 The present invention relates to a vehicular AC generator, and more particularly to a vehicular AC generator excellent in load dump surge absorption characteristics.
車両充電システムの発電機ではエンジン振動などで電池端子が外れた時や大電力の負荷が急に遮断されたとき、電機子巻線のインダクタンスと電流変化との作用による数十マイクロ秒程度の急峻なパルス電圧と、発電機の界磁電流の停止が数百ミリ秒もの比較的長い時定数で減少していく期間に電機子巻線が無負荷状態(実質的に開放状態)とになったことにより生じる負荷急減過電圧とが発生する。この明細書では、上記二つの現象をロードダンプまたはロードダンプサージと称し、この時の電機子電圧をロードダンプサージ電圧またはロードダンプ電圧と称するものとする。なお、前者の電機子巻線鎖交磁気回路の蓄積磁気エネルギーの放出に関連するロ−ドダンプ電圧成分の時定数は、後者の無負荷電圧増大が解消されるまでの時定数に比べて格段に小さい。 When a battery terminal is disconnected due to engine vibration or when a high-power load is suddenly cut off in a generator of a vehicle charging system, the steepness of about several tens of microseconds is caused by the effect of the inductance of the armature winding and the current change. Armature winding became unloaded (substantially open) during a period of time when the pulse current of the generator and the stop of the field current of the generator decreased with a relatively long time constant of several hundred milliseconds This causes a sudden load reduction overvoltage. In this specification, the above two phenomena are referred to as load dump or load dump surge, and the armature voltage at this time is referred to as load dump surge voltage or load dump voltage. The time constant of the load dump voltage component related to the release of the stored magnetic energy of the former armature winding interlinkage magnetic circuit is much higher than the time constant until the increase in the no-load voltage is eliminated. small.
電機子巻線が発生するこのロードダンプ電圧から回路素子などを保護することが要望されている。特に、近年、車両用電気負荷がますます増加しつつあり、これに対応する車両用交流発電機の出力電圧、出力電流の増大によるロードダンプ対策が重要となりつつある。 It is desired to protect circuit elements and the like from this load dump voltage generated by the armature winding. In particular, in recent years, the electrical load for vehicles is increasing more and more, and countermeasures for load dumping due to the increase in the output voltage and output current of the AC generator for vehicles corresponding thereto are becoming important.
これに鑑み、特許文献1は、発電機の全波整流器の一方のアームの3つのダイオードを、ツェナダイオードと通称されている定電圧ダイオードにより構成したり、定電圧ダイオードを全波整流器と並列に設けることによりロードダンプ電圧を吸収することを提案している。以下、この方式をツェナー式全波整流器と略称するものとする。以下の記載において、ツェナーダイオードは定電圧降伏特性をもつダイオードすなわち定電圧ダイオードと同義とする。
上記したツェナー式全波整流器を装備する車両用交流発電機にロードダンプ電圧が発生すると、ツェナーダイオードにその降伏電圧×電流に相当する発熱が生じる。このため、車両用交流発電機がこのまま大電力、高電圧の方向へ進展していくと、ツェナーダイオードの発熱がその発熱許容値を超えてしまうという問題があった。具体的に説明すると、半導体チップの単位時間当たりの許容最大発熱量には一定の限界があり、その許容電力損失を増大するには、チップ面積の拡大などの熱放散性能の増大を図る必要がある。 When a load dump voltage is generated in a vehicle AC generator equipped with the above-described Zener type full-wave rectifier, heat generation corresponding to the breakdown voltage × current is generated in the Zener diode. For this reason, when the vehicular AC generator continues to progress in the direction of high power and high voltage as it is, the heat generated by the Zener diode exceeds the allowable heat generation. Specifically, there is a certain limit to the allowable maximum heat generation amount per unit time of a semiconductor chip, and in order to increase the allowable power loss, it is necessary to increase heat dissipation performance such as expansion of the chip area. is there.
しかし、チップ面積の増大は、半導体チップ、半田、両面の電極プレートの間の熱膨張係数差による歪力の増大をまねき、それが半田の疲労限界を超えてしまうという問題を生じさせる。つまり、半田の疲労寿命限界を確保した状態では、1チップのツェナダイオードによるロードダンプサージ吸収能力には一定の限界があり、この限界を超えたロードダンプサージ吸収性能が要求される車両用交流発電機の大容量化が不可能となる。この問題を回避するには、複数のツェナダイオードを並列接続せざるを得ないが、各ツェナダイオード間の特性ばらつきを合わせる必要性を含めて、ツェナー式全波整流器の配線、組み立て、構造が複雑、大型となるという問題が派生する。 However, the increase in the chip area leads to an increase in the strain force due to the difference in thermal expansion coefficient between the semiconductor chip, the solder, and the electrode plates on both sides, which causes the problem that it exceeds the fatigue limit of the solder. In other words, in the state where the fatigue life limit of the solder is secured, there is a certain limit to the load dump surge absorption capability by the one-chip Zener diode, and the vehicle AC power generation that requires the load dump surge absorption performance exceeding this limit is required. It is impossible to increase the capacity of the machine. To avoid this problem, multiple Zener diodes must be connected in parallel, but the wiring, assembly, and structure of Zener-type full-wave rectifiers are complicated, including the need to match the variations in characteristics among the Zener diodes. The problem of becoming large is derived.
また、上記したツェナー式全波整流器では、ツェナダイオードに普段の大電流整流しているときの順方向電圧降下(約1V)にもとづく発熱昇温と、前述のロードダンプ時のツェナー降伏による過渡的発熱の急増によるロードダンプ時昇温とにより、ツェナー降伏電圧(温度に対し正特性を有する)が所期の設定電圧値(例えば一般に安全電圧として知られている60V未満)よりも高くなってしまい、ロードダンプ抑制効果が低下してしまうという問題も生じた。 In the Zener type full-wave rectifier described above, the temperature rises due to the forward voltage drop (about 1V) when the Zener diode is normally rectified by a large current, and the transient due to the Zener breakdown at the time of the load dump described above. Due to the temperature rise during load dump due to sudden increase in heat generation, the Zener breakdown voltage (having a positive characteristic with respect to temperature) becomes higher than the desired set voltage value (for example, less than 60 V, which is generally known as a safety voltage). Also, the problem that the load dumping suppression effect is lowered has occurred.
このツェナダイオードの降伏電圧増大現象によるロードダンプ抑制効果の低下の悪影響を回避するには、普段(発熱が厳しくないとき)の降伏電圧値を小さく設定しておくことが考えられる。けれども、この場合には通常発電時に発電機リップル電圧(三相整流の際の波の重ね合わせで生じる電流脈流が、配線インダクタンスや電池のインピーダンスにより電圧変動として電源電圧に加算される)に抵触するようになり、その結果として高周波リップル電圧の各ピークレベルにてツェナダイオードがいちいち降伏してその大発熱が生じるという可能性が生じた。 In order to avoid the adverse effect of the decrease in the load dumping suppression effect due to the phenomenon of increasing the breakdown voltage of the Zener diode, it is conceivable to set a normal breakdown voltage value (when heat generation is not severe). In this case, however, the generator ripple voltage during normal power generation (the current pulsation caused by the wave superposition during three-phase rectification is added to the power supply voltage as voltage fluctuations due to wiring inductance and battery impedance) As a result, there is a possibility that the Zener diode will breakdown at each peak level of the high-frequency ripple voltage to generate a large amount of heat.
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、経済性に優れかつ優れたロードダンプサージ吸収性能をもつ大電力高電圧車両用交流発電機を提供することをその目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a high-power high-voltage vehicle AC generator that is excellent in economy and has excellent load dump surge absorption performance.
前記の課題解決のための第1発明の車両用交流発電機は、回転する多極磁極と、前記多極磁極を励磁する界磁巻線と、前記多極磁極に対向配置される電機子鉄心と、複数の相巻線によりそれぞれ構成される第1相巻線組及び第2相巻線組を有して前記電機子鉄心に巻装される電機子巻線と、前記界磁巻線と直列接続されて前記界磁電流をスイッチングする界磁電流制御用のスイッチング素子と、前記電機子巻線の発電電圧を整流して車載電池を所定の充電電圧に充電する整流器とを備える車両用交流発電機において、前記整流器が、カソードが前記車載電池の正極に接続され、アノードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる正極ダイオード組と、アノードが前記車載電池の負極に接続され、カソードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる負極ダイオード組と、カソードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続され、アノードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなるバッファダイオード組とを有し、前記正極ダイオード組及び/又は負極ダイオード組の各ダイオードが、前記車載電池の電圧よりも小さい降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成されていることを特徴としている。 A vehicle AC generator according to a first aspect of the present invention for solving the problem includes a rotating multipolar magnetic pole, a field winding for exciting the multipolar magnetic pole, and an armature core disposed to face the multipolar magnetic pole. And an armature winding having a first phase winding set and a second phase winding set each constituted by a plurality of phase windings and wound around the armature core, and the field winding, A vehicle AC comprising a field current control switching element connected in series to switch the field current, and a rectifier that rectifies the generated voltage of the armature winding and charges the vehicle battery to a predetermined charging voltage. In the generator, the rectifier includes a plurality of diodes each having a cathode connected to a positive electrode of the in-vehicle battery and an anode individually connected to an output terminal of each phase winding belonging to the first phase winding set. A diode set and an anode are in contact with the negative electrode of the vehicle battery. Each of the negative-polarity diode sets including a plurality of diodes individually connected to the output ends of the respective phase windings belonging to the second-phase winding set, and the cathodes belonging to the first-phase winding set. A buffer diode set composed of a plurality of diodes individually connected to the output ends of the phase windings and having an anode individually connected to the output ends of the phase windings belonging to the second phase winding set; Each diode of the positive electrode group and / or the negative electrode group is configured by a constant voltage diode having a breakdown voltage smaller than the voltage of the in-vehicle battery.
なお、電機子巻線は、第1相巻線組及び第2相巻線組以外に更に相巻線組を有することもできる。定電圧ダイオードでないダイオードを、ダイオードの整流動作と実質的に等しい同期整流動作MOSトランジスタに置換してもよい。 The armature winding may further include a phase winding set in addition to the first phase winding set and the second phase winding set. A diode that is not a constant voltage diode may be replaced with a synchronous rectifying MOS transistor that is substantially equal to the rectifying operation of the diode.
この発明によれば、大電力の負荷が急に遮断されたときに第1相巻線組と第2相巻線組とにそれぞれ生じる相間サージ電圧は、バッファダイオードによりこれら両組の出力端子が分離されるために、相間サージ電圧は複数の組に分けられているため、単一組の相巻線により電機子巻線を構成する場合よりも半減される。したがって、正極ダイオード組又は負極ダイオード組を構成する定電圧ダイオード(以下、ツェナーダイオードとも言う)の降伏電圧も、単一組の相巻線により電機子巻線を構成する従来例よりも略半減することができ、その結果、正極ダイオード組又は負極ダイオード組のツェナーダイオードの通常整流時の順方向通電時の電気抵抗を大幅に低減して整流損失を低減することができ、更に電流の局部集中を防止した耐圧層の厚さ低減によりツェナーダイオードの製造が格段に容易となる。そのうえ、ロードダンプ時の短絡電流を一定とすれば、降伏電圧の低減分だけロードダンプ時の単位時間当たりのチップ発熱量を半減することができるため、従来より小さいチップ面積をもつツェナーダイオードにより大きなロードダンプを吸収することができる。 According to the present invention, the interphase surge voltage generated in the first phase winding set and the second phase winding set when a large power load is suddenly cut off is caused by the buffer diodes at the output terminals of both sets. In order to isolate | separate, since the surge voltage between phases is divided | segmented into the several group, it halves rather than the case where an armature winding is comprised by a single set of phase winding. Therefore, the breakdown voltage of the constant voltage diode (hereinafter also referred to as a Zener diode) constituting the positive diode group or the negative diode group is substantially halved compared to the conventional example in which the armature winding is configured by a single phase winding. As a result, the electrical resistance during forward energization of the Zener diode of the positive diode group or the negative diode group during normal rectification can be greatly reduced to reduce rectification loss, and further local concentration of current can be achieved. The prevention of the withstand voltage layer thickness reduction makes the manufacture of the Zener diode much easier. In addition, if the short-circuit current during load dump is constant, the chip heat generation per unit time during load dump can be halved by the reduction in breakdown voltage. Load dump can be absorbed.
この第1発明では更に、前記第1相巻線組の相巻線と前記第2相巻線組の相巻線とは異なるスロットに収容されて互いに異なる位相の電圧を発電し、前記整流器は、前記両相巻線組の発電電圧を整流し、かつ、ベクトル加算して出力する。第1相巻線組と第2相巻線組として三相巻線を採用する場合には、両組の相電圧は電気角π/6の位相差をもつことが好適である。 In the first aspect of the invention, the phase winding of the first phase winding set and the phase winding of the second phase winding set are housed in different slots to generate voltages having different phases, and the rectifier Then, the generated voltage of the two-phase winding set is rectified, and the vector is added and output. When three-phase windings are employed as the first-phase winding group and the second-phase winding group, it is preferable that the phase voltages of both sets have a phase difference of an electrical angle π / 6.
この構成によれば、各相巻線組が出力する相電圧の位相がずれているために、整流されて出力される電圧のリップルを従来の単一の三相巻線組を用いる場合に比べて大幅に低減することができる。このリップル低減により、車載電池などの車両電源系に好影響を与えるとともに、ロードダンプ吸収用のツェナーダイオードの降伏電圧の更なる低減も実現することができる。 According to this configuration, the phase voltage output from each phase winding set is out of phase, so that the ripple of the voltage that is rectified and output is compared to the case where a conventional single three-phase winding set is used. Can be greatly reduced. This ripple reduction can have a positive effect on the vehicle power supply system such as an in-vehicle battery, and can further reduce the breakdown voltage of the Zener diode for absorbing the load dump.
好適な態様において、前記正極ダイオード組及び負極ダイオード組のどちらかのみの各ダイオードは、前記車載電池の電圧よりも小さい降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成されていることを特徴としている。このようにすれば比較的高価な定電圧ダイオードの数を減らすことができる。この場合、正極ダイオード組及び負極ダイオード組のうち、定電圧ダイオードにより構成されない側すなわち接合ダイオードにより構成される側のロードダンプ電圧を低減できないように思われるが、二組の相巻線組と鎖交する磁束の多くは共通となっており、一方の相巻線組の定電圧ダイオードの降伏による磁気エネルギー消費により、他方の相巻線組のロードダンプ電圧も低減することができるため、整流器の出力端において優れた合成ベクトル和電圧抑制効果を得ることができるとともに、製造コストの低減を実現することができる。 In a preferred aspect, each diode of only the positive diode group or the negative diode group is configured by a constant voltage diode having a breakdown voltage smaller than the voltage of the in-vehicle battery. In this way, the number of relatively expensive constant voltage diodes can be reduced. In this case, it seems that the load dump voltage on the side not constituted by the constant voltage diode, that is, the side constituted by the junction diode, of the positive diode group and the negative diode group cannot be reduced. Most of the magnetic fluxes to be exchanged are common, and the load dump voltage of the other phase winding set can be reduced by the magnetic energy consumption due to the breakdown of the constant voltage diode of one phase winding set. An excellent combined vector sum voltage suppression effect can be obtained at the output terminal, and a reduction in manufacturing cost can be realized.
上記課題を解決する第2発明の車両用交流発電機は、回転する多極磁極と、前記多極磁極を励磁する界磁巻線と、前記多極磁極に対向配置される電機子鉄心と、複数の相巻線によりそれぞれ構成される第1相巻線組及び第2相巻線組を有して前記電機子鉄心に巻装される電機子巻線と、前記界磁巻線と直列接続されて前記界磁電流をスイッチングする界磁電流制御用のスイッチング素子と、前記電機子巻線の発電電圧を整流して車載電池を所定の充電電圧に充電する整流器とを備える車両用交流発電機において、前記整流器が、カソードが前記車載電池の正極に接続され、アノードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる正極ダイオード組と、アノードが前記車載電池の負極に接続され、カソードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる負極ダイオード組と、カソードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続され、アノードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなるバッファダイオード組と、アノードが前記第1相巻線組又は前記第2相巻線組の各相巻線の出力端に個別に接続されて、前記界磁巻線に界磁電流通電用の整流電圧を印加する複数のダイオードからなる励磁用ダイオード組を有し、前記励磁用ダイオード組のダイオードが、前記車載電池の電圧よりも小さく、かつ、前記正極ダイオード組及び負極ダイオード組のダイオードの耐圧以下の降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成されていることを特徴としている。 An automotive alternator according to a second aspect of the present invention that solves the above problems includes a rotating multipolar magnetic pole, a field winding that excites the multipolar magnetic pole, and an armature core that is disposed opposite to the multipolar magnetic pole, An armature winding having a first phase winding set and a second phase winding set each constituted by a plurality of phase windings and wound around the armature core, and series connection with the field winding AC current generator comprising: a field current control switching element that switches the field current and a rectifier that rectifies the generated voltage of the armature winding and charges the vehicle battery to a predetermined charging voltage. The positive rectifier comprises a plurality of diodes each having a cathode connected to a positive electrode of the in-vehicle battery and an anode individually connected to an output terminal of each phase winding belonging to the first phase winding set. And the anode is connected to the negative electrode of the vehicle battery A negative diode group comprising a plurality of diodes individually connected to an output end of each phase winding belonging to the second phase winding group, and each phase belonging to the first phase winding group A buffer diode set consisting of a plurality of diodes individually connected to the output ends of the windings and having an anode individually connected to the output ends of the phase windings belonging to the second phase winding set; It consists of a plurality of diodes that are individually connected to the output ends of the respective phase windings of the one-phase winding group or the second-phase winding group and apply a rectified voltage for energizing a field current to the field winding. A constant voltage diode having a diode group for excitation, the diode of the diode group for excitation being smaller than the voltage of the in-vehicle battery, and having a breakdown voltage equal to or lower than the withstand voltage of the diodes of the positive electrode group and the negative electrode group It is characterized by being more configurations.
なお、電機子巻線は、第1相巻線組及び第2相巻線組以外に更に相巻線組を有することもできる。定電圧ダイオードでないダイオードを、ダイオードの整流動作と実質的に等しい同期整流動作MOSトランジスタに置換してもよい。 The armature winding may further include a phase winding set in addition to the first phase winding set and the second phase winding set. A diode that is not a constant voltage diode may be replaced with a synchronous rectifying MOS transistor that is substantially equal to the rectifying operation of the diode.
この発明によれば、ロードダンプ吸収用の定電圧ダイオードの降伏電圧及び温度上昇を大幅に低減することができるという優れた効果を奏することができる。すなわち、励磁用ダイオード組には通常発電時に主発電電流に比べると1/10にも満たない小さな界磁電流が流れるのみであるため、励磁用ダイオー組を構成する定電圧ダイオードを同一チップ面積の正極ダイオード組又は負極ダイオード組の定電圧ダイオード(従来例)と比較した場合、通常発電時の温度上昇が格段に小さいため、ロードダンプエネルギー吸収時における励磁用ダイオード組の定電圧ダイオードの温度上昇余地すなわち瞬時的なロードダンプ電流通電能力及び発熱容量が格段に大きい。したがって、小さい定電圧ダイオードのロードダンプ吸収時の温度上昇による劣化、破損を良好に防止することができる。 According to the present invention, it is possible to obtain an excellent effect that the breakdown voltage and the temperature rise of the load dump absorbing constant voltage diode can be greatly reduced. That is, since only a small field current that is less than 1/10 of the main generated current flows during normal power generation in the exciting diode group, the constant voltage diodes that constitute the exciting diode group have the same chip area. Compared to the positive voltage diode group or negative voltage diode group constant voltage diode (conventional example), the temperature rise during normal power generation is much smaller, so there is room for the temperature increase of the constant voltage diode of the excitation diode group during load dump energy absorption That is, the instantaneous load dump current carrying capacity and heat generation capacity are remarkably large. Therefore, it is possible to satisfactorily prevent deterioration and breakage due to temperature rise when absorbing a load dump of a small constant voltage diode.
更に、この発明においても、励磁用ダイオード組の降伏時には、この励磁用ダイオード組が接続された組の相巻線組が短絡されるだけであり、励磁用ダイオード組の定電圧ダイオード(ツェナーダイオード)に二つ相巻線組のベクトル加算ロードダンプ電圧が印加されることはない。したがって、低降伏電圧で順方向電力損失が小さく許容ロードダンプ電流値が大きいツェナーダイオードを低価格で製造することができる。さらに、温度上昇が少ないから温度上昇による降伏電圧変動を抑制して、確実に所望の安全電圧以下にサージ電圧を抑制することができる。 Further, in the present invention, when the exciting diode group is broken down, only the phase winding group to which the exciting diode group is connected is short-circuited, and the constant voltage diode (zener diode) of the exciting diode group No vector-added load dump voltage is applied to the two-phase winding set. Therefore, a Zener diode having a low breakdown voltage, a low forward power loss and a large allowable load dump current value can be manufactured at a low cost. Furthermore, since the temperature rise is small, the breakdown voltage fluctuation due to the temperature rise can be suppressed, and the surge voltage can be surely suppressed below the desired safe voltage.
好適な態様において、前記整流器は、アノードが前記第1相巻線組の各相巻線の出力端に個別に接続されて、前記界磁巻線に界磁電流通電用の整流電圧を印加する複数のダイオードからなる励磁用ダイオード組を有し、前記界磁巻線の両端は、アノード同士又はカソード同士が接続される状態にて接合ダイオードと定電圧ダイオードとを直列してなるフライホイル回路に接続されている。 In a preferred aspect, the rectifier is configured such that an anode is individually connected to an output terminal of each phase winding of the first phase winding set, and a rectification voltage for energizing a field current is applied to the field winding. It has a pair of exciting diodes consisting of a plurality of diodes, and both ends of the field winding are in a flywheel circuit in which a junction diode and a constant voltage diode are connected in series with anodes or cathodes connected to each other. It is connected.
このようにすれば、界磁回路の磁気エネルギー消散をフライホイル回路の定電圧ダイオード(フライホィールツェナーダイオードとも呼ぶ)の降伏により行うことができ、ロードダンプサージ電圧の時定数を短縮して、ロードダンプによる各ダイオードの発熱を低減することができる。 In this way, the magnetic energy dissipation of the field circuit can be performed by the breakdown of the constant voltage diode (also called the flywheel Zener diode) of the flywheel circuit, reducing the time constant of the load dump surge voltage and Heat generation of each diode due to dumping can be reduced.
好適な態様において、前記正極ダイオード及び負極ダイオードは、前記励磁用ダイオード組の定電圧ダイオードよりも高くかつ30V以下の降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成されていることを特徴としている。 In a preferred aspect, the positive diode and the negative diode are configured by a constant voltage diode having a breakdown voltage that is higher than the constant voltage diode of the exciting diode set and is 30 V or less.
このように構成すると、熱的耐量が大きく、ロードダンプのエネルギー吸収性に優れた励磁用ダイオード組が、もっとも過酷なロードダンプ初期における尖頭波上のサージ電力を良好に吸収するため、正極ダイオード組や負極ダイオード組として、通常の接合ダイオードを用いてもロードダンプ電圧を許容範囲に収めることができ、全体として整流器の合計製造コストの低減が実現する。そのうえ、正極ダイオード組及び負極ダイオード組のダイオードをロードダンプ吸収性能を無視して設計することができるために、その疲労寿命を改善することができる。 With this configuration, the exciting diode set with high thermal resistance and excellent load dump energy absorption absorbs the surge power on the peak wave in the most severe load dump early stage. Even if a normal junction diode is used as the group or the negative electrode diode group, the load dump voltage can be kept within an allowable range, and the total manufacturing cost of the rectifier can be reduced as a whole. In addition, since the diodes of the positive diode group and the negative diode group can be designed ignoring the load dump absorption performance, the fatigue life can be improved.
好適な態様において、前記第1相巻線組及び第2相巻線組は、互いにπ/2だけ位相が異なる2相の相巻線をそれぞれ有し、前記第1相巻線組の相巻線と前記第2相巻線組の相巻線とは、π/4だけ位相が異なることを特徴としている。このようにすれば、従来の単段の三相全波整流器と同一の整流ダイオード個数により、上記した効果を実現することができ、しかも、電機子巻線は、たとえば分布巻きにおいて隣接する異スロット間の電気角をπ/2とすることができるため、電機子電流による回転磁界を滑らかに回転することができるためトルクリップルや磁気騒音の変動を低減することができる。
(変形態様)
上記した正極ダイオード組又は負極ダイオード組のダイオードは、ロードダンプ発生時にオンするMOSトランジスタにより構成されることができる。このようにすれば、ロードダンプ発生時に正極ダイオード組又は負極ダイオード組のすべてのMOSトランジスタをオンすることにより、ロードダンプエネルギーを消滅させることができる。
In a preferred aspect, each of the first phase winding group and the second phase winding group includes two phase windings having phases different from each other by π / 2, and the phase winding of the first phase winding group The phase of the wire and the phase winding of the second phase winding set is different from each other by π / 4. In this way, the above-described effect can be realized by the same number of rectifier diodes as that of the conventional single-stage three-phase full-wave rectifier, and the armature windings are different slots adjacent to each other in, for example, distributed windings. Since the electrical angle between them can be π / 2, the rotating magnetic field caused by the armature current can be smoothly rotated, so that fluctuations in torque ripple and magnetic noise can be reduced.
(Modification)
The diodes of the positive diode group or the negative diode group described above can be configured by MOS transistors that are turned on when a load dump occurs. In this way, the load dump energy can be extinguished by turning on all the MOS transistors of the positive diode group or the negative diode group when the load dump occurs.
この場合、MOSトランジスタのオン抵抗は電機子巻線の電気抵抗を基準として、ツェナーダイオードの降伏抵抗より格段に小さいため、ロードダンプエネルギーは主として電機子巻線により消費され、したがってMOSトランジスタとしてはロードダンプ吸収を考慮してそれほど大型化する必要はない。 In this case, the on-resistance of the MOS transistor is much smaller than the breakdown resistance of the Zener diode with respect to the electric resistance of the armature winding, so that the load dump energy is mainly consumed by the armature winding, and therefore the load is as a MOS transistor. It is not necessary to increase the size in consideration of dump absorption.
本発明の車両用交流発電機の好適な実施例を以下に説明する。ただし、本発明は下記の実施例にの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を他の公知技術またはそれに相当する技術を組み合わせて実施してもよいことは明白である。 A preferred embodiment of the vehicle alternator of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the examples described below, and it is obvious that the technical idea of the present invention may be implemented in combination with other known techniques or equivalent techniques.
(第1実施例)
第1実施例の車両用交流発電機の要部を図1に示す回路図を参照して説明する。
(First embodiment)
The main part of the vehicle alternator of the first embodiment will be described with reference to the circuit diagram shown in FIG.
(電機子巻線の構成)
1は、図略の16極の多極磁極(回転する多極磁極)をもつランデル爪状型軟磁性鉄心である界磁用ロータコア(ロータ界磁とも言う)である。2はロータ界磁1の多極磁極に対向配置される電機子鉄心であり、約0.35mmの薄厚電磁鋼板を積層してなる。電機子鉄心2には、電機子巻線3が巻装されている。
(Configuration of armature winding)
Reference numeral 1 denotes a field rotor core (also referred to as a rotor field) which is a Landel claw-shaped soft magnetic core having 16 unillustrated multipolar magnetic poles (rotating multipolar magnetic poles).
詳しく説明すると、電機子鉄心2は1磁極当たり6スロット、合計96個のスロットをもち、奇数番目のスロットにはそれぞれ同相の4本の導体が挿通され、これら同相の4本の導体は6スロットピッチごとに方向を反転して巻装されている。これら奇数番目のスロットに挿通された同相の4本の導体は、U,V,W相巻線4,5,6からなる第1のY結線三相巻線組を構成している。
More specifically, the
同様に、偶数番目の各スロットには同相の4本の導体が挿通され、これら同相の4本の導体は6スロットピッチごとに方向を反転して巻装されている。これら奇数番目のスロットに挿通された同相の4本の導体は、X,Y,Z相巻線7,8,9からなる第2のY結線三相巻線を構成している。したがって、電機子巻線3は、これら二つのY結線三相巻線により構成され、X,Y,Z相巻線7,8,9とU,V,W相巻線4,5,6とは周方向に1スロットピッチすなわち電気角π/6だけ異なる位相を有している。
Similarly, four conductors having the same phase are inserted into each even-numbered slot, and these four conductors having the same phase are wound with their directions reversed every six slot pitches. The four in-phase conductors inserted in these odd-numbered slots constitute a second Y-connected three-phase winding composed of X, Y, and Z-phase windings 7, 8, and 9. Therefore, the armature winding 3 is constituted by these two Y-connected three-phase windings, and the X, Y, Z-phase windings 7, 8, 9 and the U, V, W-
(整流器の構成)
U,V,W相巻線4,5,6は、降伏電圧29Vのツェナーダイオードからなる正極ツェナーダイオードA,B,C(すなわち正極ツェナーダイオード10,11,12とも言う)のアノードと、通常のPN接合ダイオードからなるバッファダイオード13,14,15のカソードとに図1に示すように個別に接続されている。X,Y,Z相巻線7,8,9も、降伏電圧29Vのツェナーダイオードからなる負極ツェナーダイオードA,B,C(負極ツェナーダイオード16,17,18とも言う)のカソードと、バッファダイオード13,14,15のアノードとに図1に示すように個別に接続されている。
(Rectifier configuration)
The U, V, and
U,V,W相巻線4,5,6およびX,Y,Z相巻線7,8,9の発電電圧は、この明細書にて三階層整流器19と呼ぶ整流回路により整流される。正極ツェナーダイオードのカソードは、出力端子20を通じて電気負荷21の高電位端および車載電池22の正極に接続され、負極ツェナーダイオード16,17,18のアノード、電気負荷21の低電位端および車載電池22の負極は設置されている。
The generated voltages of the U, V,
(レギュレータの構成)
レギュレータ23は、界磁巻線28の低電位端と接地体との間を接続して界磁巻線28の電流を断続制御するスイッチンングトランジスタ24と、発電機の出力端子20の電圧を所定のしきい値電圧に比較する反転出力型コンパレータである過大電圧検出回路部25と、車載電池22の正極電位と所定のしきい電圧とを比較する反転出力型コンパレータである電池充電電圧検出回路部26と、界磁電圧遮断割り込みを行うアンド回路である界磁遮断割り込み回路部27とを有している。スイッチンングトランジスタ24は、発電機の出力端子20の電圧および車載電池22の正極電位の両方がそれぞれのしきい電圧より低い場合にハイレベルとなって、スイッチンングトランジスタ24をオンし、界磁巻線28に界磁電流を通電する。
(Regulator configuration)
The
(界磁回路の構成)
約500ターンの界磁巻線28がロータ界磁1に巻装されている。界磁巻線28の高電位端にはpn接合ダイオードであるフライホィールダイオード29のカソードが接続されている。フライホィールダイオード29のアノードはツェナーダイオードであるフライホィールツェナーダイオード30のアノードに接続され、フライホィールツェナーダイオード30のカソードは界磁巻線28の低電位端に接続されている。界磁巻線28の低電位端はエミッタ接地のスイッチンングトランジスタ24のコレクタ電極に接続されている。フライホィールツェナーダイオード30の降伏電圧は、発電機定常出力電圧よりも小さくかつフライホィールダイオード29の順方向電圧降下よりも大きく設定されている。フライホィールダイオード29およびフライホィールツェナーダイオード30はいわゆるフライホィール回路を構成している。
(Configuration of field circuit)
Approximately 500 turns of the field winding 28 are wound around the rotor field 1. The cathode of a
U,V,W相巻線4,5,6は、励磁用ツェナーダイオードトリオを構成するツェナーダイオード31,32,33のアノードに接続され、ツェナーダイオード31,32,33のカソードは界磁巻線28の上記高電位端に接続されている。ツェナーダイオード31,32,33の降伏電圧は、正極ツェナーダイオード10,11,12や負極ツェナーダイオード16,17,18の降伏電圧よりも小さくかつ車載電池22の電圧よりも小さく設定されている。通常の発電整流使用におけるツェナーダイオード31,32,33のチップ電流密度は、自己の許容定格チップ電流密度又は正極ツェナーダイオード10,11,12や負極ツェナーダイオード16,17,18の整流時定格チップ電流密度の1/5以下、更に好ましくは1/10以下に設定されている。
The U, V, and
(正常発電時の作動説明)
上記した車両用交流発電機の正常発電時の作動を以下に説明する。
(Operation explanation during normal power generation)
The operation of the above-described vehicle alternator during normal power generation will be described below.
ロータ界磁1は、残留磁束または図示なきレギュレータ内の初期励磁回路から通電されていた界磁巻線28により初期界磁束を発生している。ロータ界磁1が図示なき発電機駆動軸により駆動されると、電機子鉄心2に回転磁界が生じ、U,V,W相巻線4,5,6からなる第1三相巻線と、X,Y,Z相巻線7,8,9からなる第2三相巻線には、位相が異なる三相電圧が発生する。この実施例では、図1に示すように、U,V,W相巻線4,5,6とX,Y,Z相巻線7,8,9とは巻き方向が逆となっているため、U相巻線4とX相巻線7とは電気角5π/6又は7π/6だけ位相角が異なっている。すなわち、X相巻線7から出力されるX相電圧が正の最大電圧となってからπ/6後にU相巻線4から出力されるU相電圧は負の最大電圧となる。
The rotor field 1 generates an initial field flux by a residual magnetic flux or a field winding 28 energized from an initial excitation circuit in a regulator (not shown). When the rotor field 1 is driven by a generator drive shaft (not shown), a rotating magnetic field is generated in the
電機子電流の電流を流れを説明する。 The flow of the armature current will be described.
U相巻線4が出力するU相電圧がV,W相巻線5,6が出力するV,W相電圧よりも負方向に大きく、かつ、X相巻線7が出力するX相電圧がY,Z相巻線8,9が出力するY,Z相電圧よりも正方向に大きい期間において、X,Y,Z相巻線7,8,9の中性点から相巻線7を通じて出力された電流は、ダイオード13、U相巻線4、V,W相巻線5,6、正極ツェナーダイオード11,12、車載電池22、接地体、負極ツェナーダイオード17,18、V,W相巻線5,6、X,Y,Z相巻線7,8,9の中性点の順に流れる。他の位相期間においても、電流は同様に流れる。
The U-phase voltage output from the U-phase winding 4 is larger in the negative direction than the V and W-phase voltages output from the V and W-
つまり、三階層整流器19は、二つの三相巻線の電圧をベクトル加算した合成電圧を整流して出力する。したがって、三階層整流器19の出力端子20は、三相全波整流器を一個用いる通常の車両用交流発電機よりもリップルが少ない整流出力電圧を出力することができる。
That is, the three-
車載電池22が充電されて電池電圧が上昇すると、電池充電電圧検出回路部26は、スイッチンングトランジスタ24にローレベル電位を与えて界磁電流を遮断し、電池電圧が低下すると、逆にスイッチンングトランジスタ24にハイレベル電位を与えて界磁電流の通電を開始させる。
When the in-
(ロードダンプ発生時の説明)
発電機が出力を負荷に供給している際に何らかの要因で車載電池22の端子外れなどの不具合が生じると、界磁巻線28が励磁されているのに負荷(ロード)が急に抜ける(ダンプ)ため、発電機は無負荷開放発電状態またはそれに近い状態となり、発電機出力端子電圧が急上昇する。
(Explanation when a load dump occurs)
If a problem such as disconnection of the terminal of the in-
この急上昇が生じると、過大電圧検出回路25が界磁遮断割り込み回路部27にローレベル電位を出力するため、界磁遮断割り込み回路部27はスイッチングトランジスタのベース電極にローレベル電位を出力して界磁電流を遮断する。ただし、界磁巻線28は数百ミリ秒にも及ぶ大きな時定数をもっているため、界磁磁束は急に減少することができず、上記フライホイル回路にフライホイル電流を流す。このフライホイル電流は、フライホィールツェナーダイオード30を流れる際に大きな損失を発生させるため界磁エネルギーを速く消散させることができ、これにより界磁磁束減少曲線の時定数である界磁時定数が短縮される。しかし、以上のように界磁時定数を短縮しても、ロードダンプが発生して界磁時定数により規定される所定時点まで、上記フライホィール電流による界磁束により、発電機電機子巻線端子にはほぼ無負荷開放電圧に近いロードダンプサージ電圧が発生する。
When this sudden rise occurs, the
この問題に対処するために、この実施例では、ツェナーダイオード31,32,33の降伏電圧を既述したように車載電池22の電圧よりも低くかつ正極ツェナーダイオード10,11,12および負極ツェナーダイオード16,17,18の降伏電圧よりも低く設定している。したがって、電機子巻線3に発生したロードダンプ電圧は、ツェナーダイオード31,32,33により優先して吸収されることになる。
In order to cope with this problem, in this embodiment, the breakdown voltage of the
ツェナーダイオード31,32,33によるロードダンプエネルギー吸収動作を図2に示す説明図を参照して更に詳しく説明する。
The load dump energy absorption operation by the
U,V,W相巻線4,5,6の相間電圧がツェナーダイオード31,32,33の降伏電圧を超えると、降伏したツェナーダイオード31,32,33のうちの降伏したツェナーダイオード、U,V,W相巻線4,5,6のうちの少なくとも互いに直列接続された二つの相巻線、順方向に導通するツェナーダイオードからなる短絡回路が形成され、電機子インダクタンスに蓄積された磁気エネルギーは、相巻線の電気抵抗や降伏したツェナーダイオードの電圧降下により消費されて急速に減衰し、U,V,W相巻線4,5,6の各相電圧は急速に減衰する。U,V,W相巻線4,5,6とX,Y,Z相巻線7,8,9とはほぼ共通の磁気回路と鎖交しているため、X,Y,Z相巻線7,8,9のインダクタンスに蓄積された磁気エネルギーはU,V,W相巻線4,5,6に電磁的に放出され、X,Y,Z相巻線7,8,9の各相電圧も急速に減少する。
When the interphase voltage of the U, V,
したがって、この実施例では、ロードダンプエネルギーはツェナーダイオード31,32,33により吸収されるために、正極ツェナーダイオード10,11,12と負極ツェナーダイオード16,17,18のどちらか又は両方を接合ダイオード、もしくは同期整流制御されるMOSトランジスタにより構成することもできる。
Therefore, in this embodiment, since the load dump energy is absorbed by the
次に、更にロードダンプエネルギーが大きく、正極ツェナーダイオード10,11,12又は負極ツェナーダイオード16,17,18が降伏する場合を考える。正極ツェナーダイオード10,11,12のうちの二つのツェナーダイオードの間には、U,V,W相巻線4,5,6の相間電圧が印加されているため、この相間電圧が正極ツェナーダイオード10,11,12の降伏電圧を超えると、正極ツェナーダイオード10,11,12の一つが降伏し、短絡回路が形成される。同じく、負極ツェナーダイオード16,17,18のうちの二つのツェナーダイオードの間には、X,Y,Z相巻線7,8,9の相間電圧が印加されているため、この相間電圧が負極ツェナーダイオード16,17,18の降伏電圧を超えると、負極ツェナーダイオード16,17,18の一つが降伏し、短絡回路が形成される。
Next, consider a case where the load dump energy is further large and the
この場合においても、正極ツェナーダイオード10,11,12及び負極ツェナーダイオード16,17,18にはU,V,W相巻線4,5,6の電圧とX,Y,Z相巻線7,8,9の電圧との合成ベクトル和電圧が印加されるのではなく、ここの三相巻線の相間電圧が印加されるため、ツェナーダイオードの降伏電圧を大幅に低減することができる。また、正極ツェナーダイオード10,11,12だけをツェナーダイオードとしてロードダンプを吸収する場合でも、この吸収によりX,Y,Z相巻線7,8,9のロードダンプ電圧が減衰されるため、正極ツェナーダイオード10,11,12と負極ツェナーダイオード16,17,18とのどちらかをツェナーダイオードとするだけでよい。つまり、電機子巻線が二つの三相巻線に分割されているために、図2に示すように、励磁用ツェナーダイオードトリオと同様正極ツェナーダイオード10,11,12および負極ツェナーダイオード16,17,18に印加される電圧は図6に示す従来のツェナー式全波整流器の半分であるため、ツェナーダイオードで消散すべきエネルギーを小さくすることができる。
Also in this case, the
ただし、いずれにせよ、励磁用ダイオード組のツェナーダイオード31,32,33を優先して降伏させることが好ましい。これは、ツェナーダイオード31,32,33には、通常発電時に単に界磁電流のみが流れているため、正極ツェナーダイオード10,11,12や負極ツェナーダイオード16,17,18と同一のチップサイズを持つ場合、そのチップ電流密度は1/10程度となる。したがって、ツェナーダイオード31,32,33は、正極ツェナーダイオード10,11,12や負極ツェナーダイオード16,17,18に比べて格段に大きいロードダンプサージ電流吸収能力をもつ。
However, in any case, it is preferable to breakdown the
(実験結果)
従来の最大定格出力3.5kW,42Vの大電力高電圧の発電機では、図6に示すように、ツェナーダイオードのチップ直径が12mm、降伏電圧70Vのツェナーダイオード6個で、ぎりぎり70Vのロードダンプ電圧抑制を行っていた。これに対して、図1に示すこの実施例では、最大定格出力5kW,42Vの大電力高電圧の発電機において、ツェナーダイオード31,32,33のチップ直径が12mm、降伏電圧27Vのツェナーダイオード3個を用い、正極ツェナーダイオード10,11,12および負極ツェナーダイオード16,17,18をバッファダイオード13,14,15と同じく接合ダイオードとした。これにより、58Vのサージ電圧の吸収が達成できた。
(Experimental result)
As shown in FIG. 6, in a conventional high-power high-voltage generator with a maximum rated output of 3.5 kW and 42 V, a load dump with a tip diameter of 12 mm and a breakdown voltage of 70 V is 6 and the load dump is 70 V. Voltage suppression was performed. On the other hand, in this embodiment shown in FIG. 1, in a high-power high-voltage generator with a maximum rated output of 5 kW and 42 V, the
(変形態様)
励磁用ツェナーダイオードトリオをU,V,W相巻線4,5,6側ではなくX,Y,Z相巻線7,8,9側に設けてもかまわない。
(Modification)
The exciting Zener diode trio may be provided not on the U, V,
(実施例効果)
結局、この実施例では、三階層整流器19のU,V,W相巻線4,5,6すなわち第1三相巻線の各出力端子から界磁巻線28に整流出力する励磁用ダイオードトリオをツェナーダイオード31,32,33により構成し、このツェナーダイオード31,32,33の降伏によるU,V,W相巻線4,5,6の短絡によりロードダンプエネルギーを減衰させるため、以下の種々の効果を奏することができる。
(Example effect)
After all, in this embodiment, the exciting diode trio that rectifies and outputs the U, V,
すなわち、この実施例によれば、ツェナーダイオード31,32,33が降伏により電機子巻線全体を短絡するのではなく、U,V,W相巻線4,5,6を短絡するため、ツェナーダイオード31,32,33にはU,V,W相巻線4,5,6の相間電圧が印加されることになり、ツェナーダイオード31,32,33の降伏電圧及び単位時間当たりの発生熱量を半減できるという効果を奏することができる。したがって、ツェナーダイオード31,32,33の降伏によりロードダンプ電圧が危険レベルを超えるのを防止しつつ、ツェナーダイオード31,32,33自体の温度上昇を低減できるわけである。もちろん、ツェナーダイオード31,32,33の単位時間当たりの発熱量の減少は、ロードダンプエネルギーの減衰を遅延させ、ツェナーダイオード31,32,33へのロードダンプ電流通電時間の増大によるツェナーダイオード31,32,33の温度上昇増大を招く傾向を生むが、この傾向よりもツェナーダイオード31,32,33の降伏時の抵抗低減効果の方がツェナーダイオード31,32,33の温度上昇抑制により有効である。
That is, according to this embodiment, the
また、三階層整流器19を採用するため、整流出力電圧のリップルをほぼ1/4程度と小さくできる利点、ツェナーダイオード31,32,33の温度上昇低減のため半田疲労寿命を延長することもできる。
In addition, since the three-
(変形態様)
図1において、励磁用ダイオード組をなすツェナーダイオード31,32,33を接合ダイオードとし、ロードダンプを正極ツェナーダイオード10,11,12と負極ツェナーダイオード16,17,18とのいずれか又は両方により吸収することもできる。
(Modification)
In FIG. 1,
(第2実施例)
第2実施例の車両用交流発電機を図3、図4を参照して以下に説明する。
(Second embodiment)
The vehicle alternator of the second embodiment will be described below with reference to FIGS.
上記した第1実施例では、励磁用ツェナーダイオードトリオにツェナーダイオード31,32,33を用い、更に、正極ツェナーダイオード10,11,12と負極ツェナーダイオード16,17,18とにツェナーダイオードを採用していた。これに対して、この第2実施例では、正極ツェナーダイオード10,11,12および負極ツェナーダイオード16,17,18を接合ダイオードとしたものである。なお、励磁用ツェナーダイオードトリオの降伏電圧は27Vに設定している。
In the first embodiment described above,
更に、この実施例では、U,V,W相巻線4,5,6とX,Y,Z相巻線7,8,9とを同相(ただし、図3に示すように巻き方向は逆)としている。この実施例の電圧波形を図4に示す。
Further, in this embodiment, the U, V,
これにより、第1実施例と同様の効果を得ることができる。すなわち、ツェナーダイオード31,32,33の通常発電時における電流密度が小さいため、温度特性の考慮が少なくてすみ、かつ、その降伏初期の積算電流合計値を大きく競ってできること、降伏電圧を低く設定できるため製造が簡単でかつ大電流に良好に耐えることの利点を得ることができる。
Thereby, the effect similar to 1st Example can be acquired. That is, since the current density during normal power generation of the
また、U,V,W相巻線4,5,6とX,Y,Z相巻線7,8,9とを同相としているため、リップル低減効果を期待することができない代わりに、電機子巻線を収納すべきスロット数を減らすことができ、同じ巻数でも電圧を大きく発生できるという効果を奏することができる。
In addition, since the U, V,
(変形例)
上記第2実施例では、三階層整流器19の正極ツェナーダイオード10,11,12と、負極ツェナーダイオード16,17,18の両方を接合ダイオードとしたが、正極ツェナーダイオード10,11,12および負極ツェナーダイオード16,17,18のどちらか一方だけを接合ダイオードを用いて構成してもよい。
(Modification)
In the second embodiment, both the
(第3実施例)
第3実施例の車両用交流発電機を図5を参照して以下に説明する。
(Third embodiment)
The vehicle alternator of the third embodiment will be described below with reference to FIG.
この実施例は、電機子巻線を第1相巻線組31と、第2相巻線組32とにより構成している。第1相巻線組31は、A相巻線のみにより構成され、第2相巻線組32は、B相巻線のみにより構成されている。A,B相巻線は互いに電気角でπ/2だけ位相が異なっている。この種の電機子巻線はいわゆる2相巻線として周知であり、巻装が容易でコイルエンドも小さくすることができる。
In this embodiment, the armature winding is constituted by a first
電機子鉄心2の各スロットには、各巻線を構成する導体は周方向に、A,B、ーA、ーB、Aの順にπ/2ずつ離れて配置されている。
In each slot of the
図5の回路と図1の回路との本質的な違いは、バッファダイオード13、14に加えて、バッファダイオード13‘と、バッファダイオード14‘とをたすきがけに配置した点と、負極ダイオード組のダイオード16、17を接合ダイオードとした点に有る。
The essential difference between the circuit of FIG. 5 and the circuit of FIG. 1 is that, in addition to the
ロードダンプが生じた場合には、ロードダンプエネルギーはツェナダイオード31、32のどちらか又は10、11のどちらかの降伏による短絡により、AY相巻線31により熱に転換される。
When a load dump occurs, the load dump energy is converted into heat by the AY phase winding 31 due to a short circuit due to the breakdown of either one of the
ツェナダイオード31、32の組又はツェナダイオード10、11の組のどちらかの組を接合ダイオードとしてもよい。ツェナダイオード10、11を接合ダイオードとし、接合ダイオード16、17をツェナダイオードとしてもよい。
Either the set of the
この実施例によれば、回転電流磁界の円滑な回転を確保しつつ、巻線及び整流器の回路構成を簡素化することができ、実用性に優れる。なお、バッファダイオードは4個必要となるが、その分だけひとつのバッファダイオードを流れる平均電流量が小さくなり、チップサイズを縮小できるため、コスト増大の抑制が可能である。 According to this embodiment, the circuit configuration of the winding and the rectifier can be simplified while ensuring the smooth rotation of the rotating current magnetic field, which is excellent in practicality. Although four buffer diodes are required, the average amount of current flowing through one buffer diode is reduced by that amount, and the chip size can be reduced, so that an increase in cost can be suppressed.
1・・・・ロータ界磁(多極磁極)
2・・・・電機子鉄心
3・・・・電機子巻線
4・・・・U相巻線(第1相巻線組の相巻線)
5・・・・V相巻線(第1相巻線組の相巻線)
6・・・・W相巻線(第1相巻線組の相巻線)
7・・・・X相巻線(第2相巻線組の相巻線)
8・・・・Y相巻線(第2相巻線組の相巻線)
9・・・・Z相巻線(第2相巻線組の相巻線)
10・・・正極ツェナーダイオードA(正極ダイオード組のダイオード)
11・・・正極ツェナーダイオードB(正極ダイオード組のダイオード)
12・・・正極ツェナーダイオードC(正極ダイオード組のダイオード)
13・・・バッファダイオードA(バッファダイオード組のダイオード)
14・・・バッファダイオードB(バッファダイオード組のダイオード)
15・・・バッファダイオードC(バッファダイオード組のダイオード)
16・・・負極ツェナーダイオードA(負極ダイオード組のダイオード)
17・・・負極ツェナーダイオードB(負極ダイオード組のダイオード)
18・・・負極ツェナーダイオードC(負極ダイオード組のダイオード)
19・・・三階層整流器
20・・・出力端子
21・・・電気負荷
22・・・車載電池
23・・・レギュレータ(界磁電流調整器)
24・・・スイッチングトランジスタ
25・・・過大電圧検出回路部
26・・・電池充電電圧検出回路部
27・・・界磁遮断割り込み回路部
28・・・界磁巻線
29・・・フライホイールダイオード
30・・・フライホイルツェナーダイオード
31・・・励磁ツェナーダイオードA
32・・・励磁ツェナーダイオードB
33・・・励磁ツェナーダイオードC
1 ... Rotor field (multipole magnetic pole)
2 ...
5 ... V phase winding (phase winding of the first phase winding set)
6 ... W phase winding (phase winding of the first phase winding set)
7 ... X phase winding (phase winding of second phase winding set)
8 ... Y phase winding (phase winding of second phase winding set)
9 ... Z phase winding (phase winding of the second phase winding set)
10 ... Positive Zener Diode A (Positive Diode Set Diode)
11: Positive Zener Diode B (diode of positive diode group)
12 ... Positive Zener Diode C (Positive Diode Set Diode)
13 ... Buffer diode A (diode of buffer diode set)
14... Buffer diode B (Diode of buffer diode set)
15... Buffer diode C (Diode of buffer diode set)
16: Negative zener diode A (diode of negative diode group)
17... Negative zener diode B (diode of negative electrode set)
18... Negative Zener Diode C (Negative Diode Set Diode)
19 ... Three-
24 ... switching
32 ... Excited Zener diode B
33 ... Excited Zener diode C
Claims (4)
前記多極磁極を励磁する界磁巻線と、
前記多極磁極に対向配置される電機子鉄心と、
複数の相巻線によりそれぞれ構成される第1相巻線組及び第2相巻線組を有して前記電機子鉄心に巻装される電機子巻線と、
前記界磁巻線と直列接続されて前記界磁電流をスイッチングする界磁電流制御用のスイッチング素子と、
前記電機子巻線の発電電圧を整流して車載電池を所定の充電電圧に充電する整流器と、
を備える車両用交流発電機において、
前記整流器は、
カソードが前記車載電池の正極に接続され、アノードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる正極ダイオード組と、
アノードが前記車載電池の負極に接続され、カソードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる負極ダイオード組と、
カソードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続され、アノードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなるバッファダイオード組と、
を有し、
前記正極ダイオード組及び/又は負極ダイオード組の各ダイオードは、
前記車載電池の電圧よりも小さい降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成され、
前記第1相巻線組の相巻線と前記第2相巻線組の相巻線とは異なるスロットに収容されて互いに異なる位相の電圧を発電し、
前記整流器は、前記両相巻線組の発電電圧を整流し、かつ、ベクトル加算して出力することを特徴とする車両用交流発電機。 A rotating multipole magnetic pole,
A field winding for exciting the multipole magnetic pole;
An armature core disposed opposite to the multipole magnetic pole;
An armature winding wound around the armature core having a first phase winding set and a second phase winding set respectively constituted by a plurality of phase windings;
A switching element for field current control connected in series with the field winding to switch the field current;
A rectifier that rectifies the generated voltage of the armature winding and charges the on-vehicle battery to a predetermined charging voltage;
In a vehicle alternator comprising:
The rectifier is
A positive diode set comprising a plurality of diodes each having a cathode connected to the positive electrode of the in-vehicle battery and an anode individually connected to an output end of each phase winding belonging to the first phase winding set;
A negative diode set comprising a plurality of diodes each having an anode connected to the negative electrode of the in-vehicle battery and a cathode individually connected to an output terminal of each phase winding belonging to the second phase winding set;
A cathode is individually connected to an output end of each phase winding belonging to the first phase winding set, and an anode is individually connected to an output end of each phase winding belonging to the second phase winding set. A buffer diode set consisting of a plurality of diodes;
Have
Each diode of the positive diode group and / or the negative diode group,
It is composed of a constant voltage diode having a breakdown voltage smaller than the voltage of the vehicle battery ,
Is accommodated in different slots than the previous SL the first phase winding sets of phase windings second phase winding sets of phase windings to power the different phases of the voltages with each other,
The vehicle rectifier rectifies the generated voltage of the two-phase winding set, adds the vector, and outputs the rectifier .
前記多極磁極を励磁する界磁巻線と、
前記多極磁極に対向配置される電機子鉄心と、
複数の相巻線によりそれぞれ構成される第1相巻線組及び第2相巻線組を有して前記電機子鉄心に巻装される電機子巻線と、
前記界磁巻線と直列接続されて前記界磁電流をスイッチングする界磁電流制御用のスイッチング素子と、
前記電機子巻線の発電電圧を整流して車載電池を所定の充電電圧に充電する整流器と、
を備える車両用交流発電機において、
前記整流器は、
カソードが前記車載電池の正極に接続され、アノードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる正極ダイオード組と、
アノードが前記車載電池の負極に接続され、カソードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなる負極ダイオード組と、
カソードが前記第1相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続され、アノードが前記第2相巻線組に属する前記各相巻線の出力端に個別に接続される複数のダイオードからなるバッファダイオード組と、
アノードが前記第1相巻線組又は前記第2相巻線組の各相巻線の出力端に個別に接続されて、前記界磁巻線に界磁電流通電用の整流電圧を印加する複数のダイオードからなる励磁用ダイオード組を有し、
前記励磁用ダイオード組のダイオードは、
前記車載電池の電圧よりも小さく、かつ、前記正極ダイオード組及び負極ダイオード組のダイオードの耐圧以下の降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成されていることを特徴とする車両用交流発電機。 A rotating multipole magnetic pole,
A field winding for exciting the multipole magnetic pole;
An armature core disposed opposite to the multipole magnetic pole;
An armature winding wound around the armature core having a first phase winding set and a second phase winding set respectively constituted by a plurality of phase windings;
A switching element for field current control connected in series with the field winding to switch the field current;
A rectifier that rectifies the generated voltage of the armature winding and charges the on-vehicle battery to a predetermined charging voltage;
In a vehicle alternator comprising:
The rectifier is
A positive diode set comprising a plurality of diodes each having a cathode connected to the positive electrode of the in-vehicle battery and an anode individually connected to an output end of each phase winding belonging to the first phase winding set;
A negative diode set comprising a plurality of diodes each having an anode connected to the negative electrode of the in-vehicle battery and a cathode individually connected to an output terminal of each phase winding belonging to the second phase winding set;
A cathode is individually connected to an output end of each phase winding belonging to the first phase winding set, and an anode is individually connected to an output end of each phase winding belonging to the second phase winding set. A buffer diode set consisting of a plurality of diodes;
A plurality of anodes are individually connected to the output ends of the respective phase windings of the first phase winding group or the second phase winding group to apply a rectified voltage for applying a field current to the field winding. Having a pair of exciting diodes consisting of
The diode of the exciting diode set is:
An automotive alternator comprising a constant voltage diode having a breakdown voltage lower than a voltage of the on-vehicle battery and having a breakdown voltage equal to or lower than a withstand voltage of the diodes of the positive diode group and the negative diode group.
前記整流器は、
アノードが前記第1相巻線組の各相巻線の出力端に個別に接続されて、前記界磁巻線に界磁電流通電用の整流電圧を印加する複数のダイオードからなる励磁用ダイオード組を有し、
前記界磁巻線の両端は、
アノード同士又はカソード同士が接続される状態にて接合ダイオードと定電圧ダイオードとを直列してなるフライホイル回路に接続されていることを特徴とする車両用交流発電機。 In the vehicle alternator according to claim 1 or 2 ,
The rectifier is
An exciting diode set comprising a plurality of diodes each having an anode connected individually to an output end of each phase winding of the first phase winding set and applying a rectified voltage for energizing a field current to the field winding Have
Both ends of the field winding are
An automotive alternator characterized in that it is connected to a flywheel circuit in which a junction diode and a constant voltage diode are connected in series in a state where the anodes or the cathodes are connected.
前記正極ダイオード及び負極ダイオードは、
前記励磁用ダイオード組の定電圧ダイオードよりも高くかつ30V以下の降伏電圧を有する定電圧ダイオードにより構成されていることを特徴とする車両用交流発電機。 In the vehicle alternator according to claim 2 or 3 ,
The positive diode and the negative diode are:
An automotive alternator comprising a constant voltage diode having a breakdown voltage higher than that of the excitation diode set and having a breakdown voltage of 30 V or less.
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