JP4379712B2 - Vehicle alternator - Google Patents

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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などにおいて、電機子巻線に大きな過電圧(以下、ロードダンプ電圧とも言うものとする)が発生することがある。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ために、特許文献1は、発電機の全波整流器の一方のアームの3つのダイオードを通常、ツェナダイオードと呼称されている定電圧ダイオードとしたり、全波整流器と並列に定電圧ダイオードを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を意味するものと解釈されたい。
特許第2751153号公報
In a generator of a vehicle charging system, a large overvoltage (hereinafter also referred to as a load dump voltage) is applied to the armature winding when the battery terminal is disconnected due to engine vibration or when a high power load is suddenly cut off. ) May occur. In order to protect circuit elements and the like from this load dump voltage generated by the armature winding, in Patent Document 1, the three diodes of one arm of the full-wave rectifier of the generator are usually called zener diodes. It has been proposed to absorb the load dump voltage by using a constant voltage diode or by providing a constant voltage diode in parallel with the full-wave rectifier. Hereinafter, this method is abbreviated as a Zener type full-wave rectifier. In the following description, Zener diodes should be taken to mean diodes with constant voltage breakdown characteristics, ie constant voltage diodes.
Japanese Patent No. 2751153

しかしながら、車両用電源電圧はたとえば42Vといった高電圧に昇圧されつつあり、かつ、車両用交流発電機の出力電流も増大しつつあるため、上記したツェナー式全波整流器では車両用電源電圧の増大に合わせてツェナーダイオードの降伏電圧を増大させねばならないが、そのためには従来の車両用電源電圧に合わせて製造していたかもしくは汎用の低電圧用ツェナーダイオードに代えて新たに高降伏電圧のツェナーダイオードが必要となる。しかし、このような高い降伏電圧をもつ大電流用ツェナーダイオードはそれよりも低い降伏電圧をもつ大電流用ツェナーダイオードに比べて製造が相対的に困難で歩留まりも悪く製造コストが上昇すると言う問題がある。
また、大電流出力時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ツェナーダイオードに生じ、その温度上昇が許容値を超えてしまう可能性があった。すなわち、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限界があるとすれば、降伏電圧が増大すると、許容最大降伏電流はそれに比例して減少するわけである。
However, since the vehicle power supply voltage is being boosted to a high voltage of 42 V, for example, and the output current of the vehicle AC generator is also increasing, the above-described Zener full-wave rectifier increases the vehicle power supply voltage. At the same time, the breakdown voltage of the Zener diode must be increased.To that end, it has been manufactured according to the conventional vehicle power supply voltage, or instead of a general-purpose low-voltage Zener diode, a new Zener diode with a high breakdown voltage is newly added. Necessary. However, there is a problem that such a high-current Zener diode having a high breakdown voltage is relatively difficult to manufacture and has a low yield and a high manufacturing cost compared to a high-current Zener diode having a lower breakdown voltage. is there.
In addition, when a load dump voltage is generated at the time of outputting a large current, heat generation corresponding to the breakdown voltage × current is generated in the Zener diode, and the temperature rise may exceed an allowable value. That is, if the allowable maximum heat generation amount per unit time of the semiconductor chip has a certain limit, when the breakdown voltage increases, the allowable maximum breakdown current decreases proportionally.

また、電機子電流の急減が生じると、無負側開放電圧が上昇するため通常ではロードダンプ減少とは上記二つの現象を含めて称し、したがってこの明細書で言うロードダンプ電圧とは上記両原因による電機子電圧の上昇を意味する。なお、前者の電機子巻線鎖交時期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の解消のための時定数に比べて格段に小さい。   In addition, when the armature current suddenly decreases, the non-negative open-circuit voltage rises. Therefore, the load dump decrease is usually referred to as including the above two phenomena. Therefore, the load dump voltage referred to in this specification is the above two causes. Means an increase in armature voltage. The time constant of the load dump voltage component related to the release of the stored magnetic energy of the former armature winding linkage timing circuit is much smaller than the time constant for eliminating the increase in the no-load voltage.

本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、回路費用の増大を抑止しつつ良好にロードダンプ電圧を吸収可能な車両用交流発電機を提供することをその解決すべき課題としている。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object to be solved is to provide a vehicle AC generator that can absorb a load dump voltage satisfactorily while suppressing an increase in circuit cost.

上記した課題解決のためになされた本発明の車両用交流発電機は、回転する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巻線に通電する界磁電流をスイッチング制御する界磁電流制御用スイッチング素子と、前記電機子巻線を構成するそれぞれの相巻線が出力する発電電圧を整流して車載電池を所定の充電電圧Vbに充電する全波整流器とを備える車両用交流発電機において、前記各相巻線にそれぞれ設けられた中間タップと所定の結節点とを星形接続するとともに、前記充電電圧Vbよりも小さい降伏電圧を有する複数の定電圧ダイオードにより構成される過電圧吸収回路を備えることを特徴としている。   An AC generator for a vehicle according to the present invention made for solving the above-described problems is wound around a field winding for exciting a rotating multipole magnetic pole and an armature core disposed opposite to the multipole magnetic pole. An armature winding, a field current control switching element that is connected in series with the field winding and controls the field current that is passed through the field winding, and each of the armature windings that constitute the armature winding In a vehicle AC generator comprising a full-wave rectifier that rectifies a power generation voltage output from a phase winding and charges an in-vehicle battery to a predetermined charging voltage Vb, an intermediate tap provided in each phase winding and a predetermined And an overvoltage absorption circuit including a plurality of constant voltage diodes having a breakdown voltage smaller than the charging voltage Vb.

なお、以下の説明では、ロードダンプ発生時に電機子巻線全ターンから出力される電圧をロードダンプ電圧と言い、中間タップから出力される電圧をロードダンプ電圧の分圧と呼んで区別するものとする。   In the following description, the voltage output from all turns of the armature winding when a load dump occurs is referred to as the load dump voltage, and the voltage output from the intermediate tap is referred to as the load dump voltage divided to distinguish. To do.

すなわち、この発明では、ロードダンプ電圧が発生し、中間タップから抽出したロードダンプ電圧の分圧が定電圧ダイオードの降伏電圧を超過すると、定電圧ダイオードが降伏し、これにより電機子巻線と鎖交する磁気回路に蓄積された磁気エネルギーは、定電圧ダイオードの降伏電圧×電流に略相当するツェナーダイオード吸収電力と、ツェナーダイオード降伏電流が流れる電機子巻線の電気抵抗や配線の電気抵抗などにより消費される電力とにより消費されて消滅する。また、ロ−ドダンプ電圧のもう一方の成分である無負荷電圧の増大に係る成分も同様に定電圧ダイオードの降伏により低電圧にて吸収される。   That is, in the present invention, when the load dump voltage is generated and the divided voltage of the load dump voltage extracted from the intermediate tap exceeds the breakdown voltage of the constant voltage diode, the constant voltage diode breaks down, and thereby the armature winding and the chain are broken. The magnetic energy accumulated in the intersecting magnetic circuit depends on the zener diode absorption power approximately equivalent to the breakdown voltage x current of the constant voltage diode, the electrical resistance of the armature winding through which the zener diode breakdown current flows, the electrical resistance of the wiring, etc. It is consumed by the consumed power and disappears. Similarly, the component related to the increase in the no-load voltage, which is the other component of the load dump voltage, is also absorbed at a low voltage by the breakdown of the constant voltage diode.

したがって、本発明によれば、電機子巻線に生じるロードダンプ電圧が従来のツェナーダイオード型全波整流器のツェナーダイオードに印加されるのとは異なり、降伏電圧が小さいために製造容易で入手容易な定電圧ダイオードを用いてロードダンプ問題を良好に解決することができる。   Therefore, according to the present invention, the load dump voltage generated in the armature winding is applied to the Zener diode of the conventional Zener diode type full-wave rectifier, and the breakdown voltage is small, so that it is easy to manufacture and easily obtain. The load dump problem can be satisfactorily solved by using a constant voltage diode.

また、星形接続された複数の定電圧ダイオードのうちロードダンプ電圧に対して順方向となる定電圧ダイオードの順方向降下電圧もロードダンプエネルギーの吸収に役立つため、一層の効果を期待することができる。   In addition, the forward voltage drop of the constant voltage diode that is forward with respect to the load dump voltage among the plurality of constant voltage diodes connected in a star shape also helps absorb the load dump energy. it can.

更に、過電圧吸収回路に印加されるロードダンプ電圧の分圧がロードダンプ電圧よりも小さいため、過電圧吸収回路の定電圧ダイオードがロードダンプ発生時に吸収しなければならない電力(定電圧ダイオードの降伏電圧×ロードダンプ電流)もロードダンプ電圧を定電圧ダイオードに印加する場合に比較して低減することができるか又は吸収可能なロードダンプ電流を増大することができる。   Furthermore, since the divided voltage of the load dump voltage applied to the overvoltage absorption circuit is smaller than the load dump voltage, the power that the constant voltage diode of the overvoltage absorption circuit must absorb when the load dump occurs (the breakdown voltage of the constant voltage diode × The load dump current) can also be reduced compared to the case where the load dump voltage is applied to the constant voltage diode, or the absorbable load dump current can be increased.

結局、中間タップ付き電機子巻線に星形接続された定電圧ダイオードからなる過電圧吸収回路を用いることにより、定電圧ダイオードに要求される降伏電圧の低減と、定電圧ダイオードの電力損失低減とを実現することができ、定電圧ダイオードの負担を大幅に軽減しつつロードダンプ問題を解決することができる。   After all, by using an overvoltage absorption circuit consisting of a constant voltage diode connected in a star shape to an armature winding with an intermediate tap, it is possible to reduce the breakdown voltage required for the constant voltage diode and reduce the power loss of the constant voltage diode. The load dump problem can be solved while greatly reducing the burden of the constant voltage diode.

なお、過電圧吸収回路の定電圧ダイオードがロードダンプ電圧(正確にはその分圧)により降伏する場合、相巻線の総ターン数と中間タップまでのターン数との比(以下、ターン数比とも言う)に応じて相巻線から全波整流器へロードダンプ電圧が印加されることになるが、このロードダンプ電圧が全波整流器のダイオードなど他の回路素子の耐圧以下になるように、上記ターン数比と過電圧吸収回路の定電圧ダイオードの降伏電圧とを定めておけばよい。また、中間タップの取り出し位置は、任意であるが、下記の発明効果の増進のためには相巻線のターン数をnとする場合に、ターン数を略n/2未満とすることが好適である。また、相巻線からの中間タップの取り出しは、相巻線の電圧の分圧を過電圧吸収回路へ取り出すためのものであるため、相巻線が巻装される磁気回路好適にはステータコアにトランス結合するように二次コイルを施し、この二次コイルに誘導される電圧を上記した過電圧吸収回路の定電圧ダイオードに導いてもよい。この場合には、この二次回路の出力端が本発明で言う中間タップに相当することになる。   When the constant voltage diode of the overvoltage absorption circuit breaks down due to the load dump voltage (exactly its voltage division), the ratio between the total number of turns of the phase winding and the number of turns up to the intermediate tap (hereinafter referred to as the turn number ratio) The load dump voltage is applied from the phase winding to the full-wave rectifier according to the above), but the turn dump voltage is less than the breakdown voltage of other circuit elements such as a diode of the full-wave rectifier. The number ratio and the breakdown voltage of the constant voltage diode of the overvoltage absorption circuit may be determined. The intermediate tap can be taken out at any position. However, in order to enhance the effects of the following invention, when the number of turns of the phase winding is n, the number of turns is preferably less than about n / 2. It is. Further, since the extraction of the intermediate tap from the phase winding is for extracting the divided voltage of the phase winding to the overvoltage absorption circuit, the magnetic circuit around which the phase winding is wound, preferably a transformer in the stator core. A secondary coil may be provided so as to be coupled, and a voltage induced in the secondary coil may be guided to the constant voltage diode of the above-described overvoltage absorption circuit. In this case, the output terminal of the secondary circuit corresponds to the intermediate tap in the present invention.

好適な態様において、前記定電圧ダイオードの降伏電圧Vzは、前記車載電池の充電電圧Vbに対して、0.5Vb≦Vz≦Vbに設定される。ただし、中間タップの取り出し位置は、電機子巻線全体が発生するロードダンプ電圧は他の回路素子を破壊しないレベルとなるように設定されるべきである。このようにすれば、高電圧の車両用交流発電機に対しても、従来用いていた定電圧ダイオードを直列に複数接続したりすることなく、降伏電圧が低い汎用の定電圧ダイオードを用いることができる。   In a preferred aspect, the breakdown voltage Vz of the constant voltage diode is set to 0.5 Vb ≦ Vz ≦ Vb with respect to the charging voltage Vb of the in-vehicle battery. However, the intermediate tap extraction position should be set so that the load dump voltage generated by the entire armature winding does not destroy other circuit elements. In this way, it is possible to use a general-purpose constant voltage diode having a low breakdown voltage without connecting a plurality of conventionally used constant voltage diodes in series to a high-voltage vehicle AC generator. it can.

好適な態様において、前記過電圧吸収回路の定電圧ダイオードの電流密度は前記全波整流器のダイオードの電流密度よりも低く設定されている。このようにすれば、過電圧吸収回路の定電圧ダイオードの発熱を低く維持できるため、発熱に伴う温度上昇で支配されるところの許容サージ耐量を大きく出来るためサージ吸収能力が高めることができる。   In a preferred aspect, the current density of the constant voltage diode of the overvoltage absorption circuit is set lower than the current density of the diode of the full wave rectifier. In this way, since the heat generation of the constant voltage diode of the overvoltage absorption circuit can be kept low, the allowable surge resistance, which is dominated by the temperature rise accompanying the heat generation, can be increased, and the surge absorption capability can be increased.

好適な態様において、前記結節点は、前記各定電圧ダイオードのカソード電極に接続されるとともに、前記界磁巻線に給電する。これにより、発電電圧制御装置や界磁巻線に加わる電圧を発電機の出力電圧よりも低くできるため、耐電食性や絶縁性を向上することができる。また、ロードダンプ電圧発生時における界磁電流の増大を抑止することができるため、界磁磁束量の増大による無負荷電圧増大も良好に抑止することができる。   In a preferred aspect, the node is connected to a cathode electrode of each constant voltage diode and supplies power to the field winding. Thereby, since the voltage applied to the generated voltage control device and the field winding can be made lower than the output voltage of the generator, the electric corrosion resistance and the insulation can be improved. In addition, since an increase in field current when a load dump voltage is generated can be suppressed, an increase in no-load voltage due to an increase in the amount of field magnetic flux can be suppressed well.

好適な態様において、フライホイルダイオード及びこのフライホイルダイオードと直列接続されるインピーダンス素子を有するとともに前記界磁巻線と並列接続されるフライホイル電流減衰回路を有する。これにより、ロードダンプエネルギーを吸収する際の降伏電圧と電流の積は変わらないものの界磁回路の時定数が小さくできるので、降伏時間を短縮することができる。つまり、定電圧ダイオードの温度上昇を抑制することができる。   In a preferred embodiment, the flywheel diode has a flywheel current attenuation circuit having a flywheel diode and an impedance element connected in series with the flywheel diode and connected in parallel with the field winding. Thereby, although the product of the breakdown voltage and current when absorbing the load dump energy does not change, the time constant of the field circuit can be reduced, so that the breakdown time can be shortened. That is, the temperature rise of the constant voltage diode can be suppressed.

好適な態様において、前記インピーダンス素子は、カソード電極が前記フライホイルダイオードのカソード電極に接続される定電圧ダイオードにより構成される。これにより、界磁回路のフライホイル電流が流れているときその大きさに関わらず巻線端子の電圧が規定されるため界磁回路の耐圧設計が高信頼となり、よって低廉で確実なサージ吸収が可能となる。なお、抵抗素子とインダクタンス素子を直列または並列に接続してインピーダンス素子を構成してもよい。   In a preferred aspect, the impedance element is constituted by a constant voltage diode whose cathode electrode is connected to the cathode electrode of the flywheel diode. As a result, when the flywheel current of the field circuit is flowing, the voltage at the winding terminal is regulated regardless of the magnitude of the current, so that the withstand voltage design of the field circuit is highly reliable, so that low-cost and reliable surge absorption is possible. It becomes possible. The impedance element may be configured by connecting a resistance element and an inductance element in series or in parallel.

好適な態様において、前記インピーダンス素子と並列接続されるインピーダンス素子短絡用のトランジスタを有する。これにより、普段はフライホイル回路のインピーダンスを下げて界磁調整による界磁電流の脈動率を小さくでき、必要時にはトランジスタを開放またはスイッチングすることにより界磁時定数を短くすることができるようになる。すなわち発電機の発電調整機能の一部に犠牲を強いることなくサージ吸収能力が高められることとなる。   In a preferred aspect, the semiconductor device includes a transistor for shorting an impedance element connected in parallel with the impedance element. As a result, the pulsation rate of the field current due to field adjustment can be reduced usually by reducing the impedance of the flywheel circuit, and the field time constant can be shortened by opening or switching the transistor when necessary. . That is, the surge absorption capability can be enhanced without compromising part of the power generation adjustment function of the generator.

本発明の車両用交流発電機の好適な実施形態を以下に説明する。本発明は下記の実施形態に限られるものではなく、本発明の技術思想をその他の公知技術又はそれに相当する技術の組み合わせにより実施してもよい。   A preferred embodiment of an automotive alternator according to the present invention will be described below. The present invention is not limited to the following embodiment, and the technical idea of the present invention may be implemented by other known techniques or a combination of equivalent techniques.

第1実施例を図1を参照して説明する。図1はこの実施例の車両用交流発電機の回路図である。   A first embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a circuit diagram of an automotive alternator according to this embodiment.

この車両用交流発電機は、図示なき発電機出力端子10が接続された42V系車載電池の充電電圧を適正に制御する発電電圧制御装置であるレギュレータ9と、発電制御装置9に接続された界磁巻線8と、界磁巻線8により磁化される図示なきロータの多極磁極と、この多極磁極に対向配置された図示なき電機子鉄心と、電機子鉄心のスロットに収納された三相電機子巻線1と、三相電機子巻線1の巻線端に接続された三相全波整流器2と、電機子巻線1において中性点から巻線の総ターン数の1/3のターン数位置で引き出された中間タップ4と、中間タップ4に接続された過電圧吸収回路5とを有している。   This AC generator for a vehicle includes a regulator 9 that is a power generation voltage control device that appropriately controls the charging voltage of a 42V-system vehicle-mounted battery to which a generator output terminal 10 not shown is connected, and a field connected to the power generation control device 9. A magnetic winding 8, a multipole magnetic pole of a rotor (not shown) magnetized by the field winding 8, an armature core (not shown) arranged opposite to the multipole magnetic pole, and three pieces housed in a slot of the armature core Phase armature winding 1, three-phase full-wave rectifier 2 connected to the winding end of three-phase armature winding 1, and 1 / of the total number of turns of the winding from the neutral point in armature winding 1 3 has an intermediate tap 4 drawn out at a position of 3 turns, and an overvoltage absorption circuit 5 connected to the intermediate tap 4.

過電圧吸収回路5は、各アノード電極が電機子巻線1の各相巻線の中間タップに個別に接続され、各カソード電極が結節点7に星形接続された3つの定電圧ダイオード(以下、ツェナーダイオードとも言う)6を星形接続してなる。ツェナーダイオード6の降伏電圧Vz2は26Vとされており、これは車載電池の実際の充電電圧Vb=42Vに対して、0.5Vb(21V)≦Vz2(26V)≦Vb(42V)の範囲に設定されている。   The overvoltage absorption circuit 5 includes three constant voltage diodes (hereinafter referred to as “star-connected”) in which each anode electrode is individually connected to an intermediate tap of each phase winding of the armature winding 1 and each cathode electrode is star-connected to the node 7. It is also called a Zener diode. The breakdown voltage Vz2 of the Zener diode 6 is set to 26V, which is set in the range of 0.5Vb (21V) ≦ Vz2 (26V) ≦ Vb (42V) with respect to the actual charging voltage Vb = 42V of the in-vehicle battery. Has been.

この実施例のロードダンプ吸収効果を図2〜図5に示す特性図を参照して説明する。図2は、電機子巻線全体から出力されるロードダンプ電圧(ロードダンプサージ)とそれを従来のツェナーダイオードによりクリップする場合の例を示す電圧波形図である。図3は、従来における発電機のV−I特性におけるツェナーダイオードの降伏電圧(クリップ電圧)と降伏電流(クリップ電流)との関係を示す特性図である。図4は、この実施例の過電圧吸収回路によるクリップ効果を示す電圧波形図である。図5は、この実施例における発電機のV−I特性におけるツェナーダイオードの降伏電圧(クリップ電圧)と降伏電流(クリップ電流)との関係を示す特性図である。   The load dump absorption effect of this embodiment will be described with reference to the characteristic diagrams shown in FIGS. FIG. 2 is a voltage waveform diagram showing an example of a case where a load dump voltage (load dump surge) output from the entire armature winding is clipped by a conventional Zener diode. FIG. 3 is a characteristic diagram showing a relationship between a breakdown voltage (clip voltage) and a breakdown current (clip current) of a Zener diode in a VI characteristic of a conventional generator. FIG. 4 is a voltage waveform diagram showing the clipping effect by the overvoltage absorption circuit of this embodiment. FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the breakdown voltage (clip voltage) and breakdown current (clip current) of the Zener diode in the VI characteristics of the generator in this embodiment.

この車両用交流発電機によれば、図2の破線に示すように大電力の負荷が急に遮断されたときのサージ電圧発生に対して高さがV1と示した実線に示す吸収ではなくて、低電圧の中間タップからのロードダンプ電圧の分圧をツェナーダイオード6で吸収とさせることができるので、その降伏電圧を図4にV2として示すように低くすることができる。   According to this vehicle alternator, as shown by the broken line in FIG. 2, it is not the absorption indicated by the solid line indicated by the height V1 with respect to the generation of the surge voltage when the load of high power is suddenly cut off. Since the voltage division of the load dump voltage from the low voltage intermediate tap can be absorbed by the Zener diode 6, the breakdown voltage can be lowered as shown as V2 in FIG.

図3と図5の比較からわかるように、ツェナーダイオード6の降伏時に中間タップ4から引出しされる電流は略電機子巻線の中間タップまでの電気抵抗とロードダンプ電圧の分圧との比で決定されると仮定すると、これらがともに中間タップ4の取り出し位置すなわち巻線比率で決定されて両者とも減少すると考えることができるため、ツェナーダイオード6に流れる降伏電流は、ツェナーダイオードを三相電機子巻線全体に設けた従来例と略等しいとみなすことができる。このため、降伏電圧と降伏電流との積であるツェナーダイオード6の電力損失及び発熱は降伏電圧の減少分だけ小さくなるとみなすことができる。   As can be seen from the comparison between FIG. 3 and FIG. 5, the current drawn from the intermediate tap 4 when the Zener diode 6 breaks down is approximately the ratio of the electrical resistance to the intermediate tap of the armature winding and the divided voltage of the load dump voltage. Assuming that they are determined, since both of these are determined by the take-out position of the intermediate tap 4, that is, the winding ratio, and both of them can be considered to decrease, the breakdown current flowing through the Zener diode 6 causes the Zener diode to become a three-phase armature. It can be considered that it is substantially equal to the conventional example provided in the whole winding. For this reason, it can be considered that the power loss and heat generation of the Zener diode 6, which is the product of the breakdown voltage and the breakdown current, are reduced by the decrease in the breakdown voltage.

回路のインダクタンスと抵抗値で決まる時定数は元々と不変であるから、これら電圧、電流、時間の積であるサージエネルギーを小さくすることができる。過電圧吸収回路5に接続された中間タップ4と、三相全波整流器2の接続された巻線端とは、電機子巻線1の巻線比率によりこの実施例では変圧比3対1であるため、小さなサージエネルギーの吸収により発電機の電圧を素子破壊電圧未満に抑制できることとなる。このため、42V(36V系)などでの大電力発電機においても在来の整流器でのサージエネルギー吸収が可能となる。   Since the time constant determined by the inductance and resistance value of the circuit is originally unchanged, the surge energy that is the product of these voltage, current, and time can be reduced. The intermediate tap 4 connected to the overvoltage absorption circuit 5 and the winding end connected to the three-phase full-wave rectifier 2 have a transformation ratio of 3 to 1 in this embodiment due to the winding ratio of the armature winding 1. Therefore, the generator voltage can be suppressed to less than the element breakdown voltage by absorbing small surge energy. For this reason, even in a large power generator of 42V (36V system) or the like, surge energy can be absorbed by a conventional rectifier.

なお、この車両用交流発電機において、低回転時には界磁巻線8に別の回路から界磁電流を流すことができる。   In this vehicular AC generator, a field current can be supplied to the field winding 8 from another circuit during low rotation.

他の実施例を図6に示す回路図を参照して説明する。   Another embodiment will be described with reference to a circuit diagram shown in FIG.

この実施例は、実施例1に対して、界磁巻線8のフライホイル回路にフライホイルダイオード11とは別にツェナーダイオード12とトランジスタ13とを追加したものである。フライホイルダイオード11と直列接続されたツェナーダイオード12は、界磁巻線8と並列接続されている。トランジスタ13はツェナーダイオード12と並列接続されている。トランジスタ13のベース電極はレギュレータ9の過電圧検出端子14からの信号を受信した場合に低い電圧を出しつづける時定数低減信号端子15に接続されている。   In this embodiment, a Zener diode 12 and a transistor 13 are added to the flywheel circuit of the field winding 8 in addition to the flywheel diode 11 with respect to the first embodiment. A Zener diode 12 connected in series with the flywheel diode 11 is connected in parallel with the field winding 8. The transistor 13 is connected in parallel with the Zener diode 12. The base electrode of the transistor 13 is connected to a time constant reduction signal terminal 15 that continuously outputs a low voltage when a signal from the overvoltage detection terminal 14 of the regulator 9 is received.

通常発電作動時はトランジスタ13をONにしたままとするよう、レギュレータ9の時定数低減信号端子15からは高いベース駆動電圧が送られている。しかし、ロードダンプ時など発電機が過電圧となると、過電圧検出信号を端子14から受信したレギュレータ9は時定数低減信号回路の高い電圧発生を停止し、トランジスタ13をオフする。同時に高い電圧が発生しているためレギュレータ9は界磁電流をオフし、これにより界磁巻線はフライホイル回路に逆電圧を発生し、その結果、ツェナーダイオード12が降伏し、フライホイル電流がツェナーダイオード12を通じて流れる。この降伏電圧とフライホイル電流との積によるフライホイル損失が新たに発生することにより界磁回路の磁気エネルギーも早期に消散し、実質的にその時定数を短縮することができる。つまり、この実施例では、抵抗ではなくツェナーダイオード12を用いることでトランジスタに加わる逆電圧最大値が流れる電流に関わらず制限できるため、トランジスタの耐圧信頼性を損なうことがなく確実なサージ吸収ができるという効果が得られる。   A high base drive voltage is sent from the time constant reduction signal terminal 15 of the regulator 9 so that the transistor 13 remains ON during normal power generation operation. However, when the generator becomes overvoltage, such as during load dump, the regulator 9 that has received the overvoltage detection signal from the terminal 14 stops high voltage generation of the time constant reduction signal circuit and turns off the transistor 13. At the same time, since a high voltage is generated, the regulator 9 turns off the field current, which causes the field winding to generate a reverse voltage in the flywheel circuit. As a result, the Zener diode 12 breaks down and the flywheel current is reduced. It flows through the Zener diode 12. By newly generating a flywheel loss due to the product of the breakdown voltage and the flywheel current, the magnetic energy of the field circuit is also quickly dissipated, and the time constant can be substantially shortened. That is, in this embodiment, by using the Zener diode 12 instead of the resistor, the maximum reverse voltage applied to the transistor can be limited regardless of the flowing current, so that reliable surge absorption can be achieved without impairing the breakdown voltage reliability of the transistor. The effect is obtained.

(変形態様)
上記実施例では電機子巻線の中途タップを1/3点より取り出したが、他の分割比1/2点でも、2/3点でも任意にとれることは言うまでもない。
(Modification)
In the above embodiment, the midway tap of the armature winding is taken out from the 1/3 point, but it goes without saying that any other division ratio of 1/2 point or 2/3 point can be taken arbitrarily.

他の実施例を図7を参照して説明する。   Another embodiment will be described with reference to FIG.

この実施例は、図1に示す過電圧吸収回路5の結節点から、界磁巻線8及びフライホイルダイオード11を外して実質的に浮遊状態の中性点としたものである。この場合、界磁巻線8には従来通り車載電池から給電することができる。   In this embodiment, the field winding 8 and the flywheel diode 11 are removed from the node of the overvoltage absorption circuit 5 shown in FIG. In this case, the field winding 8 can be supplied with power from the vehicle battery as usual.

このようにすれば、ロードダンプ発生時に中間タップ4から印加されるロードダンプ電圧の分圧の増大により、どれか一つのツェナーダイオード6が降伏するため、実施例1と同様のロードダンプ電圧抑制効果を奏することができる。   In this way, since any one zener diode 6 breaks down due to an increase in the partial pressure of the load dump voltage applied from the intermediate tap 4 when the load dump occurs, the load dump voltage suppression effect similar to that of the first embodiment is achieved. Can be played.

(変形態様)
変形態様を図8を参照して説明する。この変形態様は、図7の過電圧吸収回路5のツェナーダイオード6の向きを逆にしたものであり、同様の効果を奏することができる。
(Modification)
A modification will be described with reference to FIG. This modification is obtained by reversing the direction of the Zener diode 6 of the overvoltage absorption circuit 5 of FIG. 7, and can provide the same effect.

(変形態様)
なお、中間タップ4を省略して(分圧比を1として)、過電圧吸収回路5の各ツェナーダイオード6を三相の電機子巻線1の端子に接続してもよい。
(Modification)
The intermediate tap 4 may be omitted (with a voltage division ratio of 1), and each Zener diode 6 of the overvoltage absorption circuit 5 may be connected to a terminal of the three-phase armature winding 1.

実施例1の車両用交流発電機の回路構成図である。1 is a circuit configuration diagram of an automotive alternator according to Embodiment 1. FIG. 従来の発電機でのサージとツェナーダイオードによる電圧クリップ(制限)の説明図である。It is explanatory drawing of the voltage clip (limitation) by the surge and Zener diode in the conventional generator. 従来の発電機での所定回転数での発電機の出力電圧と電流の関係図であり、図2でのクリップ作動点の説明図である。FIG. 3 is a relationship diagram of an output voltage and current of a generator at a predetermined number of revolutions in a conventional generator, and is an explanatory diagram of a clip operating point in FIG. 2. 実施例のロードダンプサージとクリップの説明図である。It is explanatory drawing of the load dump surge and clip of an Example. 実施例1の車両用交流発電機における所定回転数での発電機の出力電圧と電流の関係図であり、図4でのクリップ作動点の説明図である。FIG. 5 is a relational diagram between the output voltage and current of the generator at a predetermined number of revolutions in the vehicle AC generator of Example 1, and is an explanatory diagram of the clip operating point in FIG. 4. 実施例2の車両用交流発電機の回路図である。6 is a circuit diagram of an automotive alternator according to Embodiment 2. FIG. 実施例3の車両用交流発電機の回路図である。FIG. 5 is a circuit diagram of an automotive alternator of Example 3. 実施例3の変形態様を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a modification of the third embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・・電機子巻線
2・・・・第一の整流器
3・・・・ダイオード
4・・・・中間タップ
5・・・・過電圧吸収回路
6・・・・ツェナーダイオード(定電圧ダイオード)
7・・・・結節点
8・・・・界磁巻線
9・・・・レギュレータ
10・・・出力端子
11・・・フライホイルダイオード(フライホイル電流減衰回路)
12・・・ツェナーダイオード(インピーダンス素子、フライホイル電流減衰回路)
13.・・トランジスタ(フライホイル電流減衰回路)
14.・・過電圧検出端子
15.・・時定数低減信号端子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Armature winding 2 ... 1st rectifier 3 ... Diode 4 ... Intermediate tap 5 ... Overvoltage absorption circuit 6 ... Zener diode (constant voltage diode) )
7 ... Node 8 ... Field winding 9 ... Regulator 10 ... Output terminal 11 ... Flywheel diode (flywheel current attenuation circuit)
12 ... Zener diode (impedance element, flywheel current attenuation circuit)
13. ..Transistors (flywheel current decay circuits)
14 ..Overvoltage detection terminal ..Time constant reduction signal terminal

Claims (7)

回転する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巻線に通電する界磁電流をスイッチング制御する界磁電流制御用スイッチング素子と、
前記電機子巻線を構成するそれぞれの相巻線が出力する発電電圧を整流して
車載電池を所定の充電電圧Vbに充電する全波整流器と、
を備える車両用交流発電機において、
前記各相巻線にそれぞれ設けられた中間タップと所定の結節点とを星形接続するとともに、前記充電電圧Vbよりも小さい降伏電圧を有する複数の定電圧ダイオードにより構成される過電圧吸収回路を備えることを特徴とする車両用交流発電機。
A field winding that excites rotating multipole poles;
An armature winding wound around an armature core disposed opposite to the multipole magnetic pole;
A field current control switching element that performs switching control of a field current that is connected in series to the field winding and is supplied to the field winding;
A full-wave rectifier that rectifies the generated voltage output from each phase winding constituting the armature winding to charge the on-vehicle battery to a predetermined charging voltage Vb;
In a vehicle alternator comprising:
An overvoltage absorption circuit comprising a plurality of constant voltage diodes having a star connection between an intermediate tap provided in each phase winding and a predetermined node and having a breakdown voltage smaller than the charging voltage Vb is provided. A vehicle alternator characterized by the above.
請求項1記載の車両用交流発電機において、
前記定電圧ダイオードの降伏電圧Vzは、前記車載電池の充電電圧Vbに対して、0.5Vb≦Vz≦Vbに設定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,
The vehicle alternator characterized in that the breakdown voltage Vz of the constant voltage diode is set to 0.5 Vb ≦ Vz ≦ Vb with respect to the charging voltage Vb of the in-vehicle battery.
請求項1乃至2のいずれか記載の車両用交流発電機において、
前記過電圧吸収回路の定電圧ダイオードの電流密度は前記全波整流器のダイオードの電流密度よりも低く設定されていることを特徴とする車両用交流発電機。
The vehicle alternator according to any one of claims 1 to 2 ,
An AC generator for a vehicle, wherein a current density of a constant voltage diode of the overvoltage absorption circuit is set lower than a current density of a diode of the full-wave rectifier.
請求項1記載の車両用交流発電機において、
前記結節点は、前記各定電圧ダイオードのカソード電極に接続されるとともに、前記界磁巻線に給電す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,
The node generator is connected to a cathode electrode of each constant voltage diode and supplies power to the field winding.
請求項4記載の車両用交流発電機において、
フライホイルダイオード及びこのフライホイルダイオードと直列接続されるインピーダンス素子を有するとともに前記界磁巻線と並列接続されるフライホイル電流減衰回路を有することを特徴とする車両用交流発電機。
In the vehicle AC generator according to claim 4 ,
An AC generator for a vehicle having a flywheel diode, an impedance element connected in series with the flywheel diode, and a flywheel current attenuation circuit connected in parallel with the field winding.
請求項5記載の車両用交流発電機において、
前記インピーダンス素子は、カソード電極が前記フライホイルダイオードのカソード電極に接続される定電圧ダイオードにより構成されることを特徴とする車両用交流発電機。
In the vehicle alternator according to claim 5 ,
The vehicular AC generator, wherein the impedance element includes a constant voltage diode having a cathode electrode connected to a cathode electrode of the flywheel diode.
請求項5又は6記載の車両用交流発電機において、
前記インピーダンス素子と並列接続されるインピーダンス素子短絡用のトランジスタを有することを特徴とする車両用交流発電機。
In the vehicle alternator according to claim 5 or 6 ,
An AC generator for a vehicle comprising an impedance element short-circuit transistor connected in parallel with the impedance element.
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