JP4388573B2 - 車両用回転電機装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車などの車両に搭載される車両用回転電機装置、とくに、電機子コイルと界磁コイルを有し、車両に搭載されたエンジンに連結された回転電機、および車載バッテリの正極端子に接続されるバッテリ端子と共通電位点に接続される共通電位端子と前記界磁コイルに接続された正極側界磁端子と負極側界磁端子とを有する制御装置を備えた車両用回転電機装置に関するものである。

この種の車両用回転電機装置における制御装置は、界磁コイルに対する給電回路を構成する界磁駆動回路と、この界磁駆動回路を制御する界磁制御回路を含む。回転電機が発電機として構成される場合、一般には、界磁駆動回路は、単に１つのスイッチング制御素子と単に１つのダイオード素子を含む。前記スイッチング制御素子は、バッテリ端子と正極側界磁端子との間に接続され、負極側界磁端子は、共通電位点に接続される。界磁コイルは、スイッチング制御素子を通じて車載バッテリから給電を受ける。スイッチング制御素子のオン、オフに基づいて、界磁コイルを流れる界磁電流が制御され、発電機の電機子コイルの出力電圧が制御される。前記ダイオード素子は、正極側界磁端子と負極側界磁端子との間に、カソードが正極側界磁端子に接続されるようにして、界磁コイルと並列に接続される。このダイオード素子は、スイッチング制御素子がオフされたときに、界磁コイルに発生する過渡電圧に基づいて循環界磁電流を流し、スイッチング制御素子を保護する。

しかし、前記１つのスイッチング制御素子と１つのダイオード素子を含む界磁駆動回路では、界磁コイルが天絡異常、すなわち正極側界磁端子が直接バッテリ端子に接触する異常、またはスイッチング制御素子に短絡異常が発生したときに、界磁コイルに流れる界磁電流を遮断することができない。

特許文献１には、４つのスイッチング制御素子を用いたＨブリッジにより、界磁駆動回路を構成した車両用発電機の制御回路が開示されている。このＨブリッジは、４辺のアームのそれぞれにスイッチング制御素子を接続したものであり、界磁コイルは、一対のスイッチング制御素子の中間点と、他の一対のスイッチング制御素子の中間点との間に接続される。このＨブリッジを用いることにより、４つの各スイッチング制御素子のそれぞれに異常が発生したときに、その異常を回避することができる。

特開２００６−２８８０８２

しかし、特許文献１に示された車両用発電機の制御装置では、４つのスイッチング制御素子を使用するために、その制御が複雑となる。

この発明は、４つよりも少ない複数のスイッチング制御素子を使用し、正極側界磁端子の天絡異常、または、バッテリ端子と正極側界磁端子との間に接続されたスイッチング制御素子の短絡異常のいずれかの異常が発生したときに、他のスイッチング制御素子を保護しながら、界磁コイルに流れる界磁電流を遮断することのできる改良された車両用回転電機装置を提案するものである。

この発明に第１の観点による車両用回転電機装置は、電機子コイルと界磁コイルとを有し、車両に搭載されたエンジンに連結された回転電機、および車載バッテリの正極端子に接続されるバッテリ端子と共通電位点に接続される共通電位端子と前記界磁コイルに接続された正極側界磁端子と負極側界磁端子を有する制御装置を備え、前記制御装置が、前記バッテリ端子と共通電位端子との間に接続され、前記車載バッテリと前記電機子コイルとの間で電力変換を行なう電力変換回路と、前記バッテリ端子と共通電位端子との間に接続され、前記正極側界磁端子と負極側界磁端子を含む前記界磁コイルに対する給電回路を構成する界磁駆動回路と、前記界磁駆動回路を制御する界磁制御回路とを含む車両用回転電機装置であって、
前記界磁駆動回路は、前記バッテリ端子と前記正極側界磁端子との間に接続された第１のスイッチング制御素子と、前記負極側界磁端子と前記共通電位端子との間に接続された第２のスイッチング制御素子と、前記正極側界磁端子と前記共通電位端子との間にそのカソードが前記正極側界磁端子に接続されるようにして接続された第１のダイオード素子と、前記バッテリ端子と前記負極側界磁端子との間にそのカソードが前記バッテリ端子に接続されるようにして接続された第２のダイオード素子とを有し、
前記界磁制御回路は、前記第１のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第１の制御信号を供給し、また、前記第２のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第２の制御信号を供給するように構成され、
前記界磁コイルに対する給電回路が正常であるときには、前記界磁制御回路は、前記第２の制御信号がオンレベル信号を維持するように制御することにより、前記第２のスイッチング制御素子を常時オン状態に制御するとともに、前記第１の制御信号が、制御されたデューティ比でオンレベル信号とオフレベル信号とを繰返すように制御することにより、
前記制御されたデューティ比で前記第１のスイッチング制御素子をオン、オフ制御し、
また、前記界磁コイルに対する給電回路に、前記正極側界磁端子の天絡異常と、前記第１のスイッチング制御素子の短絡異常とのいずれかの異常が発生したときには、前記界磁制御回路は、前記第２の制御信号がオンレベル信号を維持した状態で前記第１の制御信号をオンレベル信号に切換え、その後、前記第１の制御信号がオンレベル信号を維持した状態で前記第２の制御信号をオフレベル信号に切換え、さらに、前記第２の制御信号がオフレベル信号を維持した状態で前記第１の制御信号をオフレベル信号に切換えることを特徴とする。

また、この発明に第２の観点による車両用回転電機装置は、電機子コイルと界磁コイルとを有し、車両に搭載されたエンジンに連結された回転電機、および車載バッテリの正極端子に接続されるバッテリ端子と共通電位点に接続される共通電位端子と前記界磁コイルに接続された正極側界磁端子と負極側界磁端子を有する制御装置を備え、前記制御装置が、前記バッテリ端子と前記共通電位端子との間に接続され、前記車載バッテリと前記電機子コイルとの間で電力変換を行なう電力変換回路と、前記バッテリ端子と共通電位端子との間に接続され、前記正極側界磁端子と負極側界磁端子を含む前記界磁コイルに対する給電回路を構成する界磁駆動回路と、前記界磁駆動回路を制御する界磁制御回路とを含む車両用回転電機装置であって、
前記界磁駆動回路は、前記バッテリ端子と前記正極側界磁端子との間に接続された第１のスイッチング制御素子と、前記負極側界磁端子と前記共通電位端子との間に接続された第２のスイッチング制御素子と、前記正極側界磁端子と前記共通電位端子との間にそのカソードが前記正極側界磁端子に接続されるようにして接続された第１のダイオード素子と、前記正極側界磁端子と負極側界磁端子との間にそのカソードが前記正極側界磁端子に接続されるようにして接続された第２のダイオード素子とを有し、
前記界磁制御回路は、前記第１のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第１の制御信号を供給し、また、前記第２のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第２の制御信号を供給するように構成され、
前記界磁コイルに対する給電回路が正常であるときには、前記界磁制御回路は、前記第２の制御信号がオンレベル信号を維持するように制御することにより、前記第２のスイッチング制御素子を常時オン状態に制御するとともに、前記第１の制御信号が、制御されたデューティ比でオンレベル信号とオフレベル信号とを繰返すように制御することにより、前記制御されたデューティ比で前記第１のスイッチング制御素子をオン、オフ制御し、
また、前記界磁コイルに対する給電回路に、前記正極側界磁端子の天絡異常と、前記第１のスイッチング制御素子の短絡異常とのいずれかの異常が発生したときには、前記界磁制御回路は、前記第１の制御信号をオフレベル信号に維持するように制御し、また前記第１の制御信号がオフレベル信号を維持した状態で前記第２の制御信号をオフレベル信号に切換えることを特徴とする。

この発明の第１、第２の観点による車両用回転電機装置では、第１、第２のスイッチング制御素子と、第１、第２のダイオード素子を使用し、正極側界磁端子の天絡異常と、第１のスイッチング制御素子の短絡異常とのいずれかの異常が発生したときに、第２のスイッチング制御素子を保護しながら、界磁コイルに流れる界磁電流を遮断することができる。

この発明の前記以外の目的、特徴、観点および効果は、図面を参照した以下の発明の詳細な説明に基づいて、さらに明らかとされる。

以下この発明のいくつかの実施の形態について、図面を参照して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１を示す電気回路図である。

実施の形態１に車両用回転電機装置１００は、自動車などの車両に搭載され、回転電機２０と、制御装置３０とを備え、制御装置３０は、車載バッテリ１０に接続される。車載バッテリ１０は、例えば１２ボルトまたは２４ボルト系のバッテリである。この車載バッテリ１０は、正極端子１０Ｐと負極端子１０Ｎを有し、負極端子１０Ｎは、共通電位点Ｇ、例えば車両の車体に接続される。

回転電機２０は、例えば、電動機と発電機を兼用した電動発電機として構成される。この回転電機２０が、電動機として使用される場合には、回転電機２０は、車両に搭載されたエンジンを始動するスタータとして機能する。回転電機２０が、発電機として使用される場合には、回転電機２０は、車載バッテリ１０を充電し、また、車両の各種負荷に給電する。

回転電機２０は、電機子コイル２１と界磁コイル２３を有する。電機子コイル２１は、回転電機２０の例えば固定子に配置され、界磁コイル２３は、その回転子に配置される。電機子コイル２１は、例えば、三相電機子コイルとして構成され、Ｕ相コイル２１Ｕ、Ｖ相コイル２１Ｖ、Ｗ相コイル２１Ｗを有する。これらのＵ相コイル２１Ｕ、Ｖ相コイル２１Ｖ、およびＷ相コイル２１Ｗは、例えば三相星形に接続される。この回転電機２０の回転子は、車両に搭載されたエンジンに連結され、回転電機２０が、始動電動機として使用される場合には、エンジンを駆動し、それが発電機として使用される場合には、エンジンによって駆動される。

制御装置３０は、Ｂ端子、Ｅ端子、Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子、ＦＰ端子、およびＦＮ端子を有する。Ｂ端子はバッテリ端子であり、車載バッテリ１０の正極端子１０Ｐに直接接続される。Ｅ端子は共通電位端子であり、車載バッテリ１０の負極端子１０Ｎと同じ共通電位点Ｇに直接接続される。Ｕ端子、Ｖ端子、Ｗ端子は、回転電機２０の電機子コイル２１に接続される。Ｕ端子は電機子コイル２１のＵ相コイル２１Ｕに、Ｖ端子はそのＶ相コイル２１Ｖに、またＷ端子はそのＷ相コイル２１Ｗにそれぞれ直接接続される。ＦＰ端子は正極側界磁端子であり、ＦＮ端子は負極側界磁端子である。これらの正極側界磁端子ＦＰおよび負極側界磁端子ＦＮは、回転電機２０の界磁コイル２３の正極端子および負極端子にそれぞれ接続される。

制御装置３０は、電力変換回路４０と、界磁駆動回路５０と、界磁制御回路７０とを含む。電力変換回路４０は、回転電機２０が、電動機として使用される場合には、車載バッテリ１０からの直流電力を交流電力に変換し、電機子コイル２１に供給する。また、回転電機２０が、発電機として使用される場合には、電機子コイル２１からの交流電力を直流電力に変換し、車載バッテリ１０に供給する。

電力変換回路４０は、具体的には、Ｕ相電路４１Ｕ、Ｖ相電路４１Ｖ、およびＷ相電路４１Ｗを含み、これらのＵ相電路４１Ｕ、Ｖ相電路４１Ｖ、およびＷ相電路４１Ｗは、バッテリ端子Ｂと、共通電位端子Ｅとの間に、互いに並列に接続される。Ｕ相電路４１Ｕは、互いに直列に接続された２つのスイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮを含み、Ｖ相電路４１Ｖは、互いに直列に接続された２つのスイッチング制御素子４１ＶＰ、４１ＶＮを含み、また、Ｗ相電路４１Ｗは、互いに直列に接続された２つのスイッチング制御素子４１ＷＰ、４１ＷＮを含む。スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮの中間点は、Ｕ端子に直接接続され、Ｕ相コイル２１Ｕに接続される。スイッチング制御素子４１ＶＰ、４１ＶＮの中間点は、Ｖ端子に直接接続され、Ｖ相コイル２１Ｖに接続される。また、スイッチング制御素子４１ＷＰ、４１ＷＮの中間点は、Ｗ端子に直接接続され、Ｗ相コイル２１Ｗに接続される。各スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮは、例えばＮチャネルのパワーＭＯＳＦＥＴで構成され、それぞれのゲートに供給されるゲート制御信号により、オン、オフ動作を行ない、必要な電力変換を行なう。なお、スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮを構成する各半導体チップには、それぞれ保護ダイオード素子ＰＤが一体に組み込まれる。

界磁駆動回路５０は、バッテリ端子Ｂと共通電位端子Ｅとの間に接続され、バッテリ端子Ｂから界磁コイル２３を通り、共通電位端子Ｅに至る、界磁コイル２３に対する給電回路５１を構成する。この界磁駆動回路５０は、バッテリ端子Ｂと共通電位端子Ｅとの間に、互いに並列に接続された第１電路５２と、第２電路５６とを有する。第１電路５２は、互いに直列に接続された第１のスイッチング制御素子５３と第１のダイオード素子５４を含む。第２電路５６は、互いに直列に接続された第２のダイオード素子５７と第２のスイッチング制御素子５８を含む。第１、第２のスイッチング制御素子５３、５８は、例えばＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴで構成され、それぞれドレインＤ、ソースＳ、およびゲートＧを有する。第１、第２のダイオード素子５４、５７は、それぞれアノードＡとカソードＫを有する。第１、第２のスイッチング制御素子５３、５８を構成する各半導体チップには、それぞれ保護ダイオード素子ＰＤが一体に組み込まれる。これらの保護ダイオード素子ＰＤは、それぞれのアノードが対応するスイッチング制御素子５３、５８のソースＳに、またそれぞれのカソードが対応するスイッチング制御素子５３、５８のドレインＤにそれぞれ接続される。

第１のスイッチング制御素子５３は、バッテリ端子Ｂと正極側界磁端子ＦＰとの間に接続され、そのドレインＤはバッテリ端子Ｂに、またそのソースＳは、正極側界磁端子ＦＰに、それぞれ直接接続される。第１のダイオード素子５４は、正極側界磁端子ＦＰと共通電位端子Ｅとの間に接続され、そのアノードＡは共通電位端子Ｅに直接接続され、またそのカソードＫは、正極側界磁端子ＦＰと第１のスイッチング制御素子５３のソースＳとに直接接続される。

第２のダイオード素子５７は、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続され、そのカソードＫはバッテリ端子Ｂに、またそのアノードＡは負極側界磁端子ＦＮに、それぞれ直接接続される。第２のスイッチング制御素子５８は、負極側界磁端子ＦＮと共通電位端子Ｅとの間に接続され、そのドレインＤは、界磁電流センサ５９を通じて負極側界磁端子ＦＮに接続され、そのソースＳは、第１のダイオード素子５４のアノードＡと、共通電位端子Ｅとに直接接続される。

界磁制御回路７０は、例えばマイクロコンピュータで構成され、入力端子７１、７２、７３と、出力端子７４、７５、７６を有する。入力端子７１は、正極側界磁端子ＦＰに接続され、この入力端子７１には、正極側界磁端子ＦＰに印加される界磁電圧を表わす界磁電圧情報Ｖｉｎが入力される。入力端子７２は、界磁電流センサ５９に接続され、この入力端子７２には、界磁コイル２３を流れる界磁電流を表わす界磁電流情報Ｉｉｎが入力される。出力端子７４には、第１の制御信号ＦＨが発生する。この出力端子７４は、第１のスイッチング制御素子５３のゲートＧに接続され、第１の制御信号ＦＨは、第１のスイッチング制御素子５３をオン、オフ制御する。出力端子７５には、第２の制御信号ＦＳが発生する。この出力端子７５は、第２のスイッチング制御素子５８のゲートＧに接続され、第２の制御信号ＦＳは、第２のスイッチング制御素子５８をオン、オフ制御する。

入力端子７３と出力端子７６は、マイクロコンピュータで構成された上位のエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）に接続される。入力端子７３には、エンジン制御ユニットからの入力信号Ｓｉｎが入力され、この入力信号Ｓｉｎには、界磁コイル２３に対するデューティ比指示信号Ｓｄが含まれる。出力端子７６には、界磁制御回路７０からエンジン制御ユニットへの出力信号Ｓｏｕｔが発生する。界磁制御回路７０は、界磁電圧情報Ｖｉｎ、界磁電流情報Ｉｉｎおよびデューティ比指示信号Ｓｄに基づいて、第１の制御信号ＦＨを出力端子７４に発生し、また、界磁電圧情報Ｖｉｎおよび界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、第２の制御信号ＦＳを発生する。

図２は、実施の形態１において、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第１種類の異常が発生する場合における第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳの変化を示す。図２において、（ａ）は第１の制御信号ＦＨを、（ｂ）は第２の制御信号ＦＳをそれぞれ示す。図２の横軸は、第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳについて共通な時間軸である。期間Ｔ１は、界磁コイル２３に対する給電回路５１が正常である正常期間を示し、また期間Ｔ２は、その給電回路５１に第１種類の異常が発生した異常期間を示す。正常期間Ｔ１では、デューティ比指示信号Ｓｄに基づいて、界磁コイル２３のデューティ制御が行なわれる。第１種類の異常は、界磁コイル２３の正極側界磁端子ＦＰの天絡異常と、第１のスイッチング制御素子５３の短絡異常とのいずれかの異常を意味する。正極側界磁端子ＦＰの天絡異常は、正極側界磁端子ＦＰまたはこれに接続された配線が、車載バッテリ１０の正極端子１０Ｐに直接接触した状態を意味する。第１のスイッチング制御素子５３の短絡異常は、そのドレインＤとソースＳとの間における短絡を意味する。

異常期間Ｔ２には、３つのタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３が示される。タイミングｔ１は、図２においては、異常期間Ｔ２の開始タイミングであり、このタイミングｔ１において、正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ２に移行する。タイミングｔ２は、タイミングｔ１から所定時間ｔａだけ遅れたタイミングであり、タイミングｔ３は、タイミングｔ２からさらに所定時間ｔｂだけ遅れたタイミングである。

図３は、実施の形態１において、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第２種類の異常が発生する場合における第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳの変化を示す。図３において、（ａ）は第１の制御信号ＦＨを、（ｂ）は第２の制御信号ＦＳをそれぞれ示す。図３の横軸は、第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳについて共通な時間軸である。期間Ｔ１は、界磁コイル２３に対する給電回路５１が正常である正常期間を示し、また期間Ｔ３は、その給電回路５１に第２種類の異常が発生した異常期間を示す。この第２種類の異常は、負極側界磁端子ＦＮまたはそれに接続された配線の地絡異常を意味し、これは負極側界磁端子ＦＮまたはそれに接続された配線が、直接共通電位点Ｇに接触する異常である。異常期間Ｔ３には、タイミングｔ４、ｔ５が示される。タイミングｔ４は、異常期間Ｔ３の開始タイミングであり、このタイミングｔ４において、正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ３に移行する。

第１の制御信号ＦＨは、第１のスイッチング制御素子５３のゲートＧに供給される界磁駆動信号であり、オンレベル信号ＯＮとオフレベル信号ＯＦＦとを含む。この第１の制御信号ＦＨのオンレベル信号ＯＮは、例えばハイレベル信号であり、この第１の制御信号ＦＨのオンレベル信号ＯＮが、第１のスイッチング制御素子５３に供給されると、この第１のスイッチング制御素子５３はオンとされる。第１の制御信号ＦＨのオフレベル信号ＯＦＦは、例えばロウレベル信号であり、この第１の制御信号ＦＨのオフレベル信号ＯＦＦが、第１のスイッチング制御素子５３に供給されると、この第１のスイッチング制御素子５３はオフとされる。

第２の制御信号ＦＳは、第２のスイッチング制御素子５８のゲートＧに供給されるフェ
ールセーフ信号であり、オンレベル信号ＯＮとオフレベル信号ＯＦＦとを含む。この第２の制御信号ＦＳのオンレベル信号ＯＮは、例えばハイレベル信号であり、この第２の制御信号ＦＳのオンレベル信号ＯＮが第２のスイッチング制御素子５８に供給されると、この第２のスイッチング制御素子５８はオンとされる。第２の制御信号ＦＳのオフレベル信号ＯＦＦは、例えばロウレベル信号であり、この第２の制御信号ＦＳのオフレベル信号ＯＦＦが、第２のスイッチング制御素子５８に供給されると、この第２のスイッチング制御素子５８はオフとされる。

さて、図２、図３を参照して、図１に示す実施の形態１の動作を説明する。まず、図２、図３に示す正常期間Ｔ１における動作について説明する。この正常期間Ｔ１では、界磁制御回路７０が、界磁電圧情報Ｖｉｎと界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、界磁コイル２３に対する給電回路５１に異常が発生していないことを検出し、その結果、第１の制御信号ＦＨが、入力信号Ｓｉｎに含まれたデューティ比指示信号Ｓｄに基づいて、指示されたデューティ比でオンレベル信号ＯＮとオフレベル信号ＯＦＦを繰返し発生し、また第２の制御信号ＦＳが、オンレベル信号ＯＮを維持する。界磁駆動回路５０は、この第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳに基づいて、界磁コイル２３を、制御されたデューティ比でオン、オフ制御する。

正常期間Ｔ１では、第２の制御信号ＦＳがオンレベル信号ＯＮを維持するので、第２のスイッチング制御素子５８は、常時オンとなる。第１の制御信号ＦＨがオンレベル信号ＯＮを発生したときには、第１のスイッチング制御素子５３もオンとなり、第１、第２のスイッチング制御素子５３、５８がともにオンとなる。この状態では、バッテリ端子Ｂから、第１のスイッチング制御素子５３、正極側界磁端子ＦＰ、界磁コイル２３、負極側界磁端子ＦＮ、界磁電流センサ５９、第２のスイッチング制御素子５８を経て共通電位端子Ｅに至る回路に、界磁電流が流れる。この結果、回転電機２０が電動機として運転される場合には、回転電機２０の駆動力が増大し、また回転電機２０が発電機として運転される場合には、電機子コイル２１の各相コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの発電電圧が上昇する。

正常期間Ｔ１において、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号を発生したときには、第１のスイッチング制御素子５３がオフとなる。第２のスイッチング制御素子５８は常時オンとなっているが、第１のスイッチング制御素子５３がオフとなったときに、第１のスイッチング制御素子５３から界磁コイル２３に供給される界磁電流が遮断される。その結果、回転電機２０が電動機として運転される場合には、その駆動力が減少し、また回転電機２０が発電機として運転される場合には、電機子コイル２１の各相コイル２１Ｕ、２１Ｖ、２１Ｗの発電電圧が低下する。この第１のスイッチング制御素子５３のオフにより、界磁コイル２３には、正極側界磁端子ＦＰから負極側界磁端子ＦＮに向かう極性で過渡電圧Ｖｔが発生する。正常期間Ｔ１では、第２のスイッチング制御素子５８が常時オンとなっているので、この過渡電圧Ｖｔに基づいて、正極側界磁端子ＦＰから、界磁コイル２３、負極側界磁端子ＦＮ、界磁電流センサ５９、第２のスイッチング制御素子５８、第１のダイオード素子５４を経て、正極側界磁端子ＦＰに返る回路に循環界磁電流が流れることにより、第１のスイッチング制御素子５３に過渡電圧Ｖｔが集中するのが防止され、第１のスイッチング制御素子５３の破壊が防止される。過渡電圧Ｖｔは、時間の経過に伴ない減衰する。

このように、正常期間Ｔ１では、第１のスイッチング制御素子５３が、デューティ比指示信号Ｓｄに対応したデューティ比でオン、オフ動作を繰返し、回転電機２０が電動機として運転される場合には、デューティ比に応じてその駆動力が調整され、また回転電機２０が発電機として運転される場合には、電機子コイル２１の発電電圧が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフ動作により、デューティ比指示信号Ｓｄに対応する電圧値に調整される。

次に、図２に示す異常期間Ｔ２における動作ついて、説明する。界磁制御回路７０は、界磁電圧情報Ｖｉｎおよび界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、第１種類の異常が発生したことを検出する。具体的には、界磁制御回路７０は、第１の制御電圧ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦとした状態で、界磁電圧情報Ｖｉｎが、車載バッテリ１０のバッテリ電圧Ｖｂ以上となった場合、または、第１の制御電圧ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦとした状態で、界磁電流情報Ｉｉｎが、デューティ比指示信号Ｓｄに対応する界磁電流値Ｉｄ以上となった場合に第１種類の異常を検出する。

図２は、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号ＯＦＦとなっているタイミングｔ１において、界磁制御回路７０が、第１種類の異常を検出するケースを例示する。タイミングｔ１において、正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ２に移行する。タイミングｔ１において、第１種類の異常を検出すると、界磁制御回路７０は、出力信号Ｓｏｕｔにより、この異常の検出を上位のエンジン制御ユニットに報告するとともに、界磁駆動回路５０に対する保護動作を開始する。この保護動作では、界磁制御回路７０は、一連の第１、第２、第３の動作により、界磁駆動回路５０に対する保護動作を行なう。第１の動作は、タイミングｔ１において、第２の制御信号ＦＳがオンレベル信号ＯＮを維持している状態で、第１の制御信号ＦＨをオンレベル信号ＯＮに切換える。第２の動作は、タイミングｔ１から所定時間遅れｔａの後のタイミングｔ２において、第１の制御信号ＦＨがオンレベル信号ＯＮを維持している状態で、第２の制御信号ＦＳをオフレベル信号ＯＦＦに切換える。第３の動作は、タイミングｔ２からさらに所定時間遅れｔｂの後のタイミングｔ３において、第２の制御信号ＦＳがオフレベル信号ＯＦＦを維持している状態で、第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに切換える。

タイミングｔ１における第１の動作では、第１のスイッチング制御素子５３に短絡異常が発生した場合には、第１の制御信号ＦＨがオンレベル信号ＯＮに切換えられても、第１のスイッチング制御素子５３は、短絡異常の状態にあるので、その状態は変わらず、第１のスイッチング制御素子５３を通じて、界磁コイル２３に界磁電流が供給される状態が続く。第１のスイッチング制御素子５３に短絡異常が発生しておらず、正極側界磁端子ＦＰに天絡異常が発生している場合には、タイミングｔ１における第１の動作により、第１のスイッチング制御素子５３がオンとされる。

タイミングｔ２における第２の動作では、第２の制御信号ＦＳがオフレベル信号ＯＦＦに切換えられるので、第２のスイッチング制御素子５８がオフとされ、界磁コイル２３を流れる界磁電流が遮断される。この界磁電流の遮断により、界磁コイル２３には、正極側界磁端子ＦＰから負極側界磁端子ＦＮに向かう極性の過渡電圧Ｖｔが発生する。しかし、このタイミングｔ２に先行して、タイミングｔ１における第１の動作により、第１のスイッチング制御素子５３がオン状態とされ、または短絡状態となっているので、過渡電圧Ｖｔにより、正極側界磁端子ＦＰから、界磁コイル２３、負極側界磁端子ＦＮ、第２のダイオード素子５７、第１のスイッチング制御素子５３を経て、正極側界磁端子ＦＰに返る循環回路に循環界磁電流が流れるので、過渡電圧Ｖｔが第２のスイッチング制御素子５８に集中するのが防止され、第２のスイッチング制御素子５８の破壊が防止される。過渡電圧Ｖｔは、時間の経過とともに減衰する。

タイミングｔ３における第３の動作では、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号ＯＦＦに切換えられ、第１のスイッチング制御素子５３がオフとされる。このタイミングｔ３は、タイミングｔ２から所定時間遅れｔｂが経過しており、第１のスイッチング制御素子５３を流れる循環界磁電流は、この時間遅れｔｂのために減衰しているので、第１のスイッチング制御素子５３をオフにしても、大きな過渡電圧が発生することはない。

このように、実施の形態１の車両用回転電機装置１００では、界磁駆動回路５０に、２つのスイッチング制御素子５３、５８と、２つのダイオード素子５４、５７を使用し、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第１種類の異常が発生した場合に、第２のスイッチング制御素子５８の破壊を防止しながら、界磁電流を遮断することができる。

次に、図３に示す異常期間Ｔ３における動作ついて、説明する。界磁制御回路７０は、界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、第２種類の異常が発生したことを検出する。具体的には、界磁制御回路７０は、例えば第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦとした状態で、界磁電流情報Ｉｉｎが、デューティ比指示信号Ｓｄに対応する界磁電流値Ｉｄ以下となった場合に第２種類の異常を検出する。

図３は、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号となっているタイミングｔ４において、界磁制御回路７０が、第２種類の異常を検出するケースを例示する。タイミングｔ４において、正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ３に移行する。タイミングｔ４において、第２種類の異常を検出すると、界磁制御回路７０は、出力信号Ｓｏｕｔにより、この異常の検出を上位のエンジン制御ユニットに報告するとともに、界磁駆動回路５０に対する保護動作を開始する。この保護動作では、界磁制御回路７０は、タイミングｔ４以降の異常期間Ｔ３を通じて、第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持する。第２の制御信号ＦＳは、タイミングｔ４から所定遅れ時間（ｔａ＋ｔｂ）が経過したタイミングｔ５において、オフレベル信号ＯＦＦに切換えられる。第２種類の異常では、負極側界磁端子ＦＮまたはそれに接続された配線が直接共通電位点Ｇに接触しているので、第２のスイッチング制御素子５８には、殆んど電流が流れないが、安全を見込み、異常が検出されたタイミングｔ４から所定遅れ時間（ｔａ＋ｔｂ）が経過したタイミングｔ５で第２のスイッチング制御素子５８をオフとすることにより、第２のスイッチング制御素子５８の破壊を防止する。

なお、第２種類の異常が検出された異常期間Ｔ３において、第１種類の異常が検出された異常期間Ｔ２と同様に、第１の制御信号ＦＨをオンレベル信号ＯＮに切換えた状態で第２のスイッチング制御素子５８をオフにし、その後に、第１のスイッチング制御素子５３をオフにすれば、第１のスイッチング制御素子５３を破壊するおそれがあるが、図３のように制御することにより、第１のスイッチング制御素子５３が破壊するおそれも解消する。

実施の形態２．
図４は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態２を示す電気回路図である。この実施の形態２の車両用回転電機装置１００Ａでは、図１に示す実施の形態１における界磁駆動回路５０が界磁駆動回路５０Ａに置き換えられ、また、実施の形態１における界磁制御回路７０が界磁制御回路７０Ａに置き換えられる。その他は、実施の形態１と同じに構成される。なお、図４では、回転電機２０は、単に界磁コイル２３だけを示し、また、制御装置３０では、電力変換回路４０が省略されているが、回転電機２０および電力変換回路４０は実施の形態１と同じに構成される。

実施の形態２における界磁駆動回路５０Ａでは、実施の形態１における第１のダイオード素子５４が、第３のスイッチング制御素子５５に置き換えられる。その他は、実施の形態１における界磁駆動回路５０と同じに構成される。この第３のスイッチング制御素子５５も、例えばＮチャネルパワーＭＯＳＦＥＴで構成され、ドレインＤと、ソースＳと、ゲートＧを有する。この第３のスイッチング制御素子５５は、制御装置３０の正極側界磁端子ＦＰと共通電位端子Ｅとの間に接続され、そのドレインＤは、第１のスイッチング制御素子５３のソースＳと、正極側界磁端子ＦＰに直接接続され、またそのソースＳは、第２のスイッチング制御素子５８のソースＳと、共通電位端子Ｅに直接接続される。この第３のスイッチング制御素子５５を構成する半導体チップには、保護用ダイオード素子ＰＤが一体に組み込まれ、この保護用ダイオード素子ＰＤが第１のダイオード素子５４として機能する。

実施の形態２における界磁制御回路７０Ａは、実施の形態１における界磁制御回路７０と同様に、マイクロコンピュータで構成されるが、実施の形態１における界磁制御回路７０に対し、さらに出力端子７７が追加されている。その他は、実施の形態１における界磁制御回路７０と同じに構成される。出力端子７７は、第３の制御信号ＦＬを発生し、この第３の制御信号ＦＬを第３のスイッチング制御素子５５のゲートＧに供給する。

図５は、実施の形態２において、給電回路５１に第１種類の異常が発生する場合における第１、第２、第３の制御信号ＦＨ、ＦＳ、ＦＬの変化を示す。図５において、（ａ）は第１の制御信号ＦＨを、（ｂ）は第３の制御信号ＦＬを、（ｃ）は第２の制御信号ＦＳをそれぞれ示す。図５の横軸は、第１、第２、第３の制御信号ＦＨ、ＦＳ、ＦＬについて共通な時間軸である。期間Ｔ１は、界磁コイル２３に対する給電回路５１が正常である正常期間を示し、また期間Ｔ２は、その給電回路５１に第１種類の異常が発生した異常期間を示す。第３の制御信号ＦＬは、正常期間Ｔ１では、第１の制御信号ＦＨを反転した信号とされる。

正常期間Ｔ１では、デューティ比指示信号Ｓｄに基づいて、第１の制御信号ＦＨが、そのデューティ比指示信号Ｓｄに対応するデューティ比で、オンレベル信号ＯＮとオフレベル信号ＯＦＦを繰返し、界磁コイル２３のデューティ制御が行なわれる。正常期間Ｔ１では、第３の制御信号ＦＬが第１の制御信号ＦＨを反転した信号とされており、第１のスイッチング制御素子５３がオフされたときに、第３のスイッチング制御素子５５がオンとなる。このため、第１にスイッチング制御素子５３がオフとなったときに、界磁コイル２３に発生する過渡電圧Ｖｔに基づいて、正極側界磁端子ＦＰから、界磁コイル２３、負極側界磁端子ＦＮ、界磁電流センサ５９、第２のスイッチング制御素子５８、第３のスイッチング制御素子５５を経て、正極側界磁端子ＦＰに返る循環回路に循環界磁電流が流れ、この循環電流により、過渡電圧Ｖｔが第１のスイッチング制御素子５３に集中するのが防止され、第１のスイッチング制御素子５３の破壊が防止される。

この第３のスイッチング制御素子５５のオン状態では、そのオン抵抗は、例えば２０ｍΩ以下と小さく、第１のダイオード素子５４の順方向電圧が約０．８ボルトであるのに比べて、第３のスイッチング制御素子５５における損失を充分に小さくすることができる。このため、実施の形態２では、正常期間Ｔ１において、第１のスイッチング制御素子５３がオフされたときに、実施の形態１に比べて、過渡電圧Ｖｔに基づく損失をより、小さくすることができる。

図５は、タイミングｔ０において、界磁制御回路７０が第１種類の異常を検出するケースを例示する。タイミングｔ０において、正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ２に移行する。図５におけるタイミングｔ１、ｔ２、ｔ３は、図２と同じであり、図５では、タイミングｔ１に先行するタイミングｔ０において、界磁制御回路７０Ａにより、第１種類の異常が検出され、このタイミングｔ０で異常期間Ｔ２が開始される。タイミングｔ０は、図５に示すように、タイミングｔ１、ｔ２、ｔ３における保護動作に先行しており、タイミングｔ１において、第１の制御信号ＦＨがオンレベル信号ＯＮに切換えられる動作に先行して、タイミングｔ０で第３の制御信号ＦＬが、オフレベル信号ＯＦＦに切換えられ、第３のスイッチング制御素子５５がオフとされる。このタイミングｔ０では、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号ＯＦＦを維持し、また第２の制御信号ＦＳがオンレベル信号ＯＮを維持している。第３のスイッチング制御素子５５が第１のスイッチング制御素子５３に先行してオフされることにより、第１、第３のスイッチング制御素子５３、５５が同時にオンとされ、第１、第３のスイッチング制御素子５３、５５を通じて短絡電流が流れるのを確実
に防止することができる。

以上のように、実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られ、加えて、正常期間Ｔ１において、第１のスイッチング制御素子５３がオフしたときに、界磁コイル２３に発生する過渡電圧Ｖｔに基づく損失をより小さくすることができる。また、第１種類の異常の発生時に、第１の制御信号ＦＨがオンレベル信号ＯＮに切換えられる前に、第３の制御信号ＦＬをオフレベル信号ＯＦＦに切換えることにより、第１、第３のスイッチング制御素子５３、５５が同時にオンとなるのを確実に防止できる。

なお、実施の形態２において、第２種類の異常が発生したときの保護動作は、実施の形態１と同じに、図３に示すように行なわれる。

実施の形態３．
図６は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態３を示す電気回路図である。この実施の形態３の車両用回転電機装置１００Ｂでは、図１に示す実施の形態１における界磁駆動回路５０が界磁駆動回路５０Ｂに置き換えられている。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂでは、第２電路５６が、第１のダイオード素子５４と並列となるように構成され、第２のダイオード素子５７が、正極側界磁端子ＦＰと負極側界磁端子ＦＮとの間に、界磁コイル２３と並列に接続される。第２のダイオード素子５７のアノードＡは、負極側界磁端子ＦＮに、またそのカソードＫは、正極側界磁端子ＦＰにそれぞれ直接される。その他は、実施の形態１における界磁駆動回路５０と同じに構成される。

図７は、実施の形態３において、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第１種類の異常、すなわち正極側界磁端子ＦＰの天絡異常と、第１のスイッチング制御素子５３の短絡異常とのいずれかの異常が発生する場合における第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳの変化を示す。図７において、（ａ）は第１の制御信号ＦＨを、（ｂ）は第２の制御信号ＦＳをそれぞれ示す。図７の横軸は、第１、第２の制御信号ＦＨ、ＦＳについて共通な時間軸である。期間Ｔ１は、界磁コイル２３に対する給電回路５１が正常である正常期間を示し、また期間Ｔ２は、その給電回路５１に第１種類の異常が発生した異常期間を示す。

正常期間Ｔ１では、図７に示すように、第２の制御信号ＦＳはオンレベル信号ＯＮを維持しており、第１の制御信号ＦＨが、デューティ比指示信号Ｓｄに基づいて、オンレベル信号ＯＮとオフレベル信号ＯＦＦを繰返すことにより、界磁コイル２３のデューティ制御が行なわれる。この正常期間Ｔ１における界磁駆動回路５０Ｂの動作は、実施の形態１における界磁駆動回路５０の正常期間Ｔ１の動作と同じである。

図７は、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号ＯＦＦとなっているタイミングｔ１において、界磁制御回路７０が、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第１種類の異常が発生したことを検出するケースを例示する。タイミングｔ１で正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ２に移行するが、実施の形態３では、第２のダイオード素子５７が、正極側界磁端子ＦＨと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続されているため、タイミングｔ１以降の異常期間Ｔ２において、第１の制御信号ＦＨは、オフレベル信号ＯＦＦを維持するように制御される。異常期間Ｔ２において、第２の制御信号ＦＳは、タイミングｔ１から所定時間遅れｔａの後のタイミングｔ２において、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号ＯＦＦを維持した状態において、オフレベル信号ＯＦＦに切換えられる。タイミングｔ２において、第２のスイッチング制御素子５８がオフされることにより、界磁コイル２３を流れる界磁電流が遮断される。

実施の形態３では、タイミングｔ２において、第２のスイッチング制御素子５８がオフとされたことにより界磁コイル２３に過渡電圧Ｖｔが発生するが、この過渡電圧Ｖｔに基づく循環界磁電流が、第２のダイオード素子５７を通る循環回路に流れるので、過渡電圧Ｖｔが第２のスイッチング制御素子５８に集中するのが防止され、第２のスイッチング制御素子５８の破壊を防止することができる。

実施の形態１では、異常期間Ｔ２の中のタイミングｔ２において、第２のスイッチング制御素子５８をオフとしたときに、界磁コイル２３に発生する過渡電圧Ｖｔに基づく界磁循環電流を、第２のダイオード素子５７と第１のスイッチング制御素子５３とを通じて流すために、タイミングｔ１において、第１の制御信号ＦＨをオンレベル信号ＯＮに切換えた。しかし、実施の形態３では、第２のダイオード素子５７が、正極側界磁端子ＦＰと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続されているため、タイミングｔ２で第２のスイッチング制御素子５８がオフしたときに、過渡電圧Ｖｔに基づく循環界磁電流を、第２のダイオード素子５７を通じて流すことができる。したがって、タイミングｔ１では、第１の制御信号ＦＨがオンレベル信号ＯＮに切換えられることはない。

このように実施の形態３の車両用回転電機装置１００Ｂでは、実施の形態１と同様に、界磁駆動回路５０Ｂに、２つのスイッチング制御素子５３、５８と、２つのダイオード素子５４、５７を使用し、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第１種類の異常が発生した場合に、第２のスイッチング制御素子５８の破壊を防止しながら、界磁電流を遮断することができる。

なお、実施の形態３において、第２種類の異常が発生したときの保護動作は、実施の形態１と同じに、図３に示すように行なわれる。

実施の形態４．
図８は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態４を示す電気回路図である。この実施の形態４の車両用回転電機装置１００Ｃでは、図６に示す実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂが界磁駆動回路５０Ｃに置き換えられ、また実施の形態３における界磁制御装置７０が界磁制御回路７０Ａに置き換えられる。その他は、実施の形態３と同じに構成される。なお、図８では、回転電機２０は、単に界磁コイル２３だけを示し、また、制御装置３０では、電力変換回路４０が省略されているが、回転電機２０および電力変換回路４０は実施の形態３と同じに構成される。

実施の形態４における界磁駆動回路５０Ｃでは、実施の形態３における第１のダイオード素子５４が、第３のスイッチング制御素子５５に置き換えられる。その他は、実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂと同じに構成される。

実施の形態４における界磁制御回路７０Ａは、実施の形態２における界磁制御回路７０Ａと同じに構成される。

図９は、実施の形態４において、界磁コイル２３に対する給電回路５１に第１種類の異常、すなわち正極側界磁端子ＦＰの天絡異常と、第１のスイッチング制御素子５３の短絡異常とのいずれかの異常が発生する場合における第１、第２、第３の制御信号ＦＨ、ＦＳ、ＦＬの変化を示す。図９において、（ａ）は第１の制御信号ＦＨを、（ｂ）は第３の制御信号ＦＬを、（ｃ）は第２の制御信号ＦＳをそれぞれ示す。図９の横軸は、第１、第２、第３の制御信号ＦＨ、ＦＳ、ＦＬについて共通な時間軸である。期間Ｔ１は、界磁コイル２３に対する給電回路５１が正常である正常期間を示し、また、期間Ｔ２は、その給電回路５１に第１種類の異常が発生した異常期間を示す。第３の制御信号ＦＬは、正常期間Ｔ１では、第１の制御信号ＦＨを反転した信号とされる。

第３の制御信号ＦＬは、実施の形態２と同様に、正常期間Ｔ１では、第１の制御信号ＦＨを反転した信号とされ、第３のスイッチング制御素子５５は、第１のスイッチング制御素子５３と反転した状態で、デューティ比指示信号Ｓｄに基づいて、そのデューティ比指示信号Ｓｄに対応するデューティ比でオンレベル信号ＯＮとオフレベル信号ＯＦＦを繰返す。この第３のスイッチング制御素子５５は、第１のスイッチング制御素子５３がオフされたときにオンとされ、過渡電圧Ｖｔに対し、抵抗の小さい循環回路を形成し、過渡電圧Ｖｔによる損失を小さくする。

さらに、実施の形態４では、正常期間Ｔ１において、界磁電流センサ５９によって検出される界磁電流の誤差を防止し、界磁電流をより正確に検出することができる。実施の形態３では、第３のスイッチング制御素子５５が使用されないので、正常期間Ｔ１において、第１のスイッチング制御素子５３がオフされたとき、界磁コイル２３に発生した過渡電圧Ｖｔにより、界磁電流センサ５９と第２のスイッチング制御素子５８と第１のダイオード素子５４を含む回路に循環界磁電流が流れるとともに、第２のダイオード素子５７を含む回路にも循環界磁電流が分流する。第１のスイッチング制御素子５３がオンされた状態では、界磁コイル２３を流れる界磁電流はすべて界磁電流センサ５９に流れるが、第１のスイッチング制御素子５３がオフしたときに、循環界磁電流が、界磁電流センサ５９を通らずに、第２のダイオード素子５７に分流する結果となる。このため、界磁電流センサ５９によって検出される界磁電流に誤差が発生する。実施の形態４では、第１のスイッチング制御素子５３がオフしたときに、第３のスイッチング制御素子５５がオンとなり、この第３のスイッチング制御素子５５のオン抵抗が、第２のダイオード素子５７の順方向電圧に比べて小さいので、過渡電圧Ｖｔによる界磁循環電流が、界磁電流センサ５９と第２のスイッチング制御素子５８と第３のスイッチング制御素子５５を含む回路にすべて流れる結果になるので、界磁電流センサ５９によって検出される界磁電流に誤差が生じない。

図９は、タイミングｔ１において、第１の制御信号ＦＨがオフレベル信号ＯＦＦであるときに、界磁制御回路７０が第１種類の異常を検出するケースを例示する。タイミングｔ１で、正常期間Ｔ１から異常期間Ｔ２に移行する。第１の制御信号ＦＨは、異常期間Ｔ２において、このタイミングｔ１以降にオフレベル信号ＯＦＦを維持するように制御される。第３の制御信号ＦＬは、タイミングｔ１において、オフレベル信号ＯＦＦに切換えられ、タイミングｔ１以降にオフレベル信号ＯＦＦを維持する。第２の制御信号ＦＳは、タイミングｔ１から所定時間遅れｔａの後のタイミングｔ２において、オフレベル信号ＯＦＦに切換えられ、このタイミングｔ２において、第２のスイッチング制御素子５８がオフされ、界磁コイル２３に流れる界磁電流が遮断される。

実施の形態４では、実施の形態３と同じ効果が得られ、加えて、正常期間Ｔ１において、第１のスイッチング制御素子５３がオフしたときに、界磁コイル２３に発生する過渡電圧Ｖｔに基づいて界磁コイル２３に流れる循環界磁電流を、第３のスイッチング制御素子５５に流し、界磁電流センサ５９によって検出される界磁電流の誤差を改善することができる効果がある。

なお、実施の形態４において、第２種類の異常が発生したときの保護動作は、実施の形態１と同じに、図３に示すように行なわれる。

実施の形態５．
図１０は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態５を示す電気回路図である。この実施の形態５の車両用回転電機装置１００Ｄは、図１に示す実施の形態１における界磁駆動回路５０を界磁駆動回路５０Ｄに置き換えたものである。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

実施の形態５における界磁駆動回路５０Ｄは、実施の形態１における界磁駆動回路５０に、キャパシタ６０を追加したものである。その他は、界磁駆動回路５０と同じに構成される。キャパシタ６０は、図１０に示すように、第２のダイオード素子５７と並列に接続される。このキャパシタ６０の一端は、制御装置１００Ｄのバッテリ端子Ｂに直接接続され、その他端は、制御装置１００Ｄの負極側界磁端子ＦＮに直接接続される。

第１のスイッチング制御素子５３がオンとされたときに、界磁コイル２３に対して急峻な電流変化が生じる。この急峻な電流変化は、キャパシタ６０が接続されていない場合には、車載バッテリ１０の正極端子１０Ｐから制御装置１００Ｄのバッテリ端子Ｂに供給されるが、車載バッテリ１０は交流的なインピーダンスが大きいので、前記急峻な電流変化のために、バッテリ端子Ｂの電圧が瞬間的に低下する。キャパシタ６０は、前記急峻な電流変化に対応して、それに蓄積された電荷を放出し、バッテリ端子Ｂの電圧が低下するのを抑制する。

第１のスイッチング制御素子５３がオフとされたときには、バッテリ端子Ｂから界磁コイル２３に供給されていた界磁電流が遮断されるため、車載バッテリ１０の正極端子１０Ｐとバッテリ端子Ｂとを接続する配線のインダクタンス成分により、界磁電流を流しつづけるように過渡電圧が発生し、この過渡電圧により、バッテリ端子Ｂの電圧が瞬間的に上昇する。キャパシタ６０は、この過渡電圧により電荷を蓄積し、バッテリ端子Ｂの電圧が上昇するのを抑制する。

このように、実施の形態５では、キャパシタ６０を追加することにより、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変化を抑制し、バッテリ端子Ｂの電圧を安定化して、界磁駆動回路５０Ｄの動作を安定化することができる。

また、実施の形態５では、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合にも、界磁制御回路７０により、保護動作を行なうことができる。キャパシタ６０が、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続されており、また正常期間Ｔ１では、第２の制御信号ＦＳが常時オンレベル信号ＯＮを維持し、第２のスイッチング制御素子５８が常時オンされているので、キャパシタ６０に短絡異常が発生すると、キャパシタ６０と第２のスイッチング制御素子５８を通じて短絡電流が流れ、この短絡電流は、界磁電流センサ５９を流れる。したがって、界磁制御回路７０に入力される界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、キャパシタ６０の短絡異常を検出することができる。

界磁制御回路７０は、キャパシタ６０の短絡異常を検出したときに、界磁駆動回路５０Ｄに対する保護動作を行なう。この保護動作は、図７に示す異常期間Ｔ２における保護動作と同じである。タイミングｔ１において、キャパシタ６０の短絡異常が検出されたとすると、このタイミングｔ１以降で第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持する。その後のタイミングｔ２において、第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持した状態で、第２の制御信号ＦＳをオフレベル信号ＯＦＦに切換える．キャパシタ６０の短絡電流は、界磁コイル２３には流れないので、この保護動作により、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

このように、実施の形態５では、実施の形態１と同じ効果が得られ、加えて、キャパシタ６０が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧の変化を抑制するので、バッテリ端子Ｂの電圧が安定化され、界磁駆動回路５０Ｄの動作を安定化することができ、また、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合にも、第２の
スイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態６．
図１１は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態６を示す電気回路図である。この実施の形態６の車両用回転電機装置１００Ｅでは、図４に示す実施の形態２における界磁駆動回路５０Ａが、界磁駆動回路５０Ｅに置き換えられる。その他は、実施の形態２と同じに構成される。

実施の形態６の界磁駆動回路５０Ｅでは、実施の形態２における界磁駆動回路５０Ａに、キャパシタ６０が追加される。その他は、実施の形態２における界磁駆動回路５０Ａと同じに構成される。キャパシタ６０は、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第２のダイオード素子５７と並列に接続され、その一端がバッテリ端子Ｂに、またその他端が負極側界磁端子ＦＮにそれぞれ直接接続される。

キャパシタ６０は、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオンオフ動作に伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変化を抑制し、バッテリ端子Ｂの電圧を安定化して、界磁駆動回路５０Ｅの動作を安定化する。

また、実施の形態６でも、実施の形態５と同様に、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合に、界磁制御回路７０Ａにより、保護動作を行なうことができる。キャパシタ６０に短絡異常が発生すると、キャパシタ６０と第２のスイッチング制御素子５８を通じて短絡電流が流れ、この短絡電流は界磁電流センサ５９を流れるので、界磁制御回路７０Ａに入力される界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、キャパシタ６０の短絡異常を検出することができる。

界磁制御回路７０Ａは、キャパシタ６０の短絡異常を検出したときに、界磁駆動回路５０Ｅに対する保護動作を行なう。この保護動作は、図９に示す異常期間Ｔ２における保護動作と同じである。タイミングｔ１において、キャパシタ６０の短絡異常が検出されたとすると、このタイミングｔ１以降で第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持し、併せて、タイミングｔ１において、第３の制御信号ＦＬをオフレベル信号ＯＦＦに切換え、タイミングｔ１以降で第３の制御信号ＦＬをオフレベル信号に維持する。その後のタイミングｔ２で、第１、第３の制御信号ＦＨ、ＦＬをオフレベル信号ＯＦＦに維持した状態で、第２の制御信号ＦＳをオフレベル信号ＯＦＦに切換える。キャパシタ６０の短絡電流は、界磁コイル２３には流れないので、この保護動作により、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態６では、実施の形態２と同じ効果が得られ、加えて、キャパシタ６０が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧の変化を抑制するので、バッテリ端子Ｂの電圧が安定化され、界磁駆動回路５０Ｅの動作を安定化することができ、また、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合にも、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態７．
図１２は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態７を示す電気回路図である。この実施の形態７の車両用回転電機装置１００Ｆでは、図６に示す実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂが、界磁駆動回路５０Ｆに置き換えられる。その他は、実施の形態３と同じに構成される。

実施の形態７の界磁駆動回路５０Ｆでは、実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂに
、キャパシタ６０が追加される。その他は、実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂと同じに構成される。この実施の形態７のキャパシタ６０は、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続され、その一端は第１のスイッチング制御素子５３のドレインＤに、またその他端は第２のダイオード素子５７のアノードＡに、それぞれ接続される。

キャパシタ６０は、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオンオフ動作に伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変化を抑制し、バッテリ端子Ｂの電圧を安定化して、界磁駆動回路５０Ｆの動作を安定化する。

また、実施の形態７でも、実施の形態５と同様に、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合に、界磁制御回路７０により、保護動作を行なうことができる。キャパシタ６０に短絡異常が発生すると、キャパシタ６０と第２のスイッチング制御素子５８を通じて短絡電流が流れ、この短絡電流は界磁電流センサ５９を流れるので、界磁制御回路７０に入力される界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、キャパシタ６０の短絡異常を検出することができる。

実施の形態７の界磁制御回路７０は、キャパシタ６０の短絡異常を検出したときに、界磁駆動回路５０Ｆに対する保護動作を行なう。この保護動作は、図７に示す異常期間Ｔ２における保護動作と同じである。タイミングｔ１において、キャパシタ６０の短絡異常が検出されたとすると、このタイミングｔ１以降で第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持する。その後のタイミングｔ２で、第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持した状態で、第２の制御信号ＦＳをオフレベル信号ＯＦＦに切換える．キャパシタ６０の短絡電流は、界磁コイル２３には流れないので、この保護動作により、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態７では、実施の形態３と同じ効果が得られ、加えて、キャパシタ６０が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧の変化を抑制するので、バッテリ端子Ｂの電圧が安定化され、界磁駆動回路５０Ｆの動作を安定化することができ、また、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合にも、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態８．
図１３は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態８を示す電気回路図である。この実施の形態８の車両用回転電機装置１００Ｇでは、図８に示す実施の形態４における界磁駆動回路５０Ｃが、界磁駆動回路５０Ｇに置き換えられる。その他は、実施の形態４と同じに構成される。

実施の形態８の界磁駆動回路５０Ｇでは、実施の形態４における界磁駆動回路５０Ｃに、キャパシタ６０が追加される。その他は、実施の形態４における界磁駆動回路５０Ｃと同じに構成される。実施の形態８のキャパシタ６０は、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続され、その一端は第１のスイッチング制御素子５３のドレインＤに、またその他端は第２のダイオード素子５７のアノードＡに、それぞれ接続される。

キャパシタ６０は、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオンオフ動作に伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変化を抑制し、バッテリ端子Ｂの電圧を安定化して、界磁駆動回路５０Ｇの動作を安定化する。

また、実施の形態８でも、実施の形態５と同様に、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合に、界磁制御回路７０Ａにより、保護動作を行なうことができる。キャパシタ６０
に短絡異常が発生すると、キャパシタ６０と第２のスイッチング制御素子５８を通じて短絡電流が流れ、この短絡電流は界磁電流センサ５９を流れるので、界磁制御回路７０Ａに入力される界磁電流情報Ｉｉｎに基づいて、キャパシタ６０の短絡異常を検出することができる。

界磁制御回路７０Ａは、キャパシタ６０の短絡異常を検出したときに、界磁駆動回路５０Ｇに対する保護動作を行なう。この保護動作は、図９に示す異常期間Ｔ２における保護動作と同じである。タイミングｔ１において、キャパシタ６０の短絡異常が検出されたとすると、このタイミングｔ１以降で第１の制御信号ＦＨをオフレベル信号ＯＦＦに維持し、併せて、このタイミングｔ１において、第３の制御信号ＦＬをオフレベル信号ＯＦＦに切換え、タイミングｔ１以降で第３の制御信号ＦＬをオフレベル信号に維持する。その後のタイミングｔ２で、第１、第３の制御信号ＦＨ、ＦＬをオフレベル信号ＯＦＦに維持した状態で、第２の制御信号ＦＳをオフレベル信号ＯＦＦに切換える。キャパシタ６０の短絡電流は、界磁コイル２３には流れないので、この保護動作により、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態８では、実施の形態４と同じ効果が得られ、加えて、キャパシタ６０が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧の変化を抑制するので、バッテリ端子Ｂの電圧が安定化され、界磁駆動回路５０Ｇの動作を安定化することができ、また、キャパシタ６０に短絡異常が発生した場合にも、第２のスイッチング制御素子５８を破壊することなく、キャパシタ６０の短絡電流を遮断することができる。

実施の形態９．
図１４は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態９を示す電気回路図である。この実施の形態９の車両用回転電機装置１００Ｈでは、図１に示す実施の形態１における界磁駆動回路５０が界磁駆動回路５０Ｈに置き換えられる。その他は、実施の形態１と同じに構成される。

実施の形態９の界磁駆動回路５０Ｈでは、実施の形態１の界磁駆動回路５０に、キャパシタ６０が追加され、また、界磁電流センサ５９に代えて、界磁電流センス抵抗６１を使用する。キャパシタ６０は、実施の形態５のキャパシタ６０と同様に、第２のダイオード素子５７と並列に接続され、その一端がバッテリ端子Ｂに、その他端が負極側界磁端子ＦＮにそれぞれ直接接続される。界磁電流センス抵抗６１は、負極側界磁端子ＦＮを共通電位端子Ｅに接続する回路の中で、負極側界磁端子ＦＮから第２のスイッチング制御素子５８を通じて第１のダイオード素子５４に流れる電流をセンスするために、負極側界磁端子ＦＮと第１のダイオード素子５４のアノードＡとの間に、第２のスイッチング制御素子５８と直列に接続される。この界磁電流センス抵抗６１には、第１の差動アンプ６２が付設され、この差動アンプ６２の一対の入力端子は界磁電流センス抵抗６１の両端に接続される。差動アンプ６２の出力端子は、界磁制御回路７０に入力端子７２に接続され、この入力端子７２に界磁電流情報Ｉｉｎを入力する。

実施の形態９のキャパシタ６０は、第１のスイッチング制御素子５３と界磁コイル２３に対して並列に接続され、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴ない、界磁コイル２３を通じて充放電を行ない、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変動を抑制する。界磁電流センス抵抗６１は、この第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに対応するキャパシタ６０の充放電回路には含まれず、この界磁電流センス抵抗６１が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流を制限することはない。

電力変換回路４０は、バッテリ端子Ｂと共通電位端子Ｅとの間に接続されるので、この電力変換回路４０の各スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮのオン、オフに伴なって、バッテリ端子Ｂの電圧が変化する場合には、キャパシタ６０の充放電電流は、第２のスイッチング制御素子５８と界磁電流センス抵抗６１を通じて流れる。この結果、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流は、界磁電流センス抵抗６１により抑制され、急峻な充放電電流が流れないので、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子がオン、オフしても、それによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｈに発生することがない。

実施の形態９では、実施の形態５と同じ効果が得られ、加えて、界磁電流センス抵抗６１により、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｈに発生するのを防止することができる。

実施の形態１０．
図１５は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１０を示す電気回路図である。この実施の形態１０の車両用回転電機装置１００Ｉでは、図４に示す実施の形態２における界磁駆動回路５０Ａが界磁駆動回路５０Ｉに置き換えられる。その他は、実施の形態２と同じに構成される。

実施の形態１０の界磁駆動回路５０Ｉでは、実施の形態２の界磁駆動回路５０Ａに、キャパシタ６０が追加され、また、界磁電流センサ５９に代えて、界磁電流センス抵抗６１を使用する。キャパシタ６０は、実施の形態５のキャパシタ６０と同様に、第２のダイオード素子５７と並列に接続され、その一端がバッテリ端子Ｂに、その他端が負極側界磁端子ＦＮにそれぞれ直接接続される。界磁電流センス抵抗６１は、負極側界磁端子ＦＮを共通電位端子Ｅに接続する回路の中で、負極側界磁端子ＦＮから第２のスイッチング制御素子５８を通じて第３のスイッチング制御素子５５に流れる電流をセンスするために、負極側界磁端子ＦＮと第１のダイオード素子５４のアノードＡとの間に接続される。この界磁電流センス抵抗６１には、第１の差動アンプ６２が付設され、この差動アンプ６２の一対の入力端子は界磁電流センス抵抗６１の両端に接続される。差動アンプ６２の出力端子は、界磁制御回路７０Ａの入力端子７２に接続され、この入力端子７２に界磁電流情報Ｉｉｎを入力する。

実施の形態１０のキャパシタ６０は、第１のスイッチング制御素子５３と界磁コイル２３に対して並列に接続され、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴ない、界磁コイル２３を通じて充放電を行ない、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変動を抑制する。界磁電流センス抵抗６１は、この第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに対応するキャパシタ６０の充放電回路には含まれず、この界磁電流センス抵抗６１が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流を制限することはない。

電力変換回路４０は、バッテリ端子Ｂと共通電位端子Ｅとの間に接続されるので、この電力変換回路４０の各スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮのオン、オフに伴なって、バッテリ端子Ｂの電圧が変化する場合には、キャパシタ６０の充放電電流は、第２のスイッチング制御素子５８と界磁電流センス抵抗６１を通じて流れる。この結果、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流は、界磁電流センス抵抗６１により抑制され、急峻な充放電電流が流れないので、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子がオン、オフしても、それによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｉに発生することがない。

実施の形態１０では、実施の形態６と同じ効果が得られ、加えて、界磁電流センス抵抗６１により、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｉに発生するのを防止することができる。

実施の形態１１．
図１６は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１１を示す電気回路図である。この実施の形態１１の車両用回転電機装置１００Ｊでは、図６に示す実施の形態３における界磁駆動回路５０Ｂが界磁駆動回路５０Ｊに置き換えられる。その他は、実施の形態３と同じに構成される。

実施の形態１１の界磁駆動回路５０Ｊでは、実施の形態３の界磁駆動回路５０Ｂに、キャパシタ６０が追加され、また、界磁電流センサ５９に代えて、界磁電流センス抵抗６１を使用する。キャパシタ６０は、実施の形態７のキャパシタ６０と同様に、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続される。界磁電流センス抵抗６１は、負極側界磁端子ＦＮを共通電位端子Ｅに接続する回路の中で、負極側界磁端子ＦＮから第２のスイッチング制御素子５８を通じて第１のダイオード素子５４に流れる電流をセンスするために、負極側界磁端子ＦＮと第１のダイオード素子５４のアノードＡとの間に接続される。この界磁電流センス抵抗６１には、第１の差動アンプ６２が付設され、この差動アンプ６２の一対の入力端子は界磁電流センス抵抗６１の両端に接続される。差動アンプ６２の出力端子は、界磁制御回路７０の入力端子７２に接続され、この入力端子７２に界磁電流情報Ｉｉｎを入力する。

実施の形態１１のキャパシタ６０は、第１のスイッチング制御素子５３と界磁コイル２３に対して並列に接続され、第１のスイッチング制御素子５３にオン、オフに伴ない、界磁コイル２３を通じて充放電を行ない、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変動を抑制する。界磁電流センス抵抗６１は、この第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに対応するキャパシタ６０の充放電回路には含まれず、この界磁電流センス抵抗６１が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流を制限することはない。

電力変換回路４０は、バッテリ端子Ｂと共通電位端子Ｅとの間に接続されるので、この電力変換回路４０の各スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮのオン、オフに伴なって、バッテリ端子Ｂの電圧が変化する場合には、キャパシタ６０の充放電電流は、第２のスイッチング制御素子５８と界磁電流センス抵抗６１を通じて流れる。この結果、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流は、界磁電流センス抵抗６１により抑制され、急峻な充放電電流が流れないので、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子がオン、オフしても、それによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｊに発生することがない。

実施の形態１１では、実施の形態７と同じ効果が得られ、加えて、界磁電流センス抵抗６１により、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｊに発生するのを防止することができる。

実施の形態１２．
図１７は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１２を示す電気回路図である。この実施の形態１２の車両用回転電機装置１００Ｋでは、図８に示す実施の形態４における界磁駆動回路５０Ｃが界磁駆動回路５０Ｋに置き換えられる。その他は、実施の形態４と同じに構成される。

実施の形態１２の界磁駆動回路５０Ｋでは、実施の形態４の界磁駆動回路５０Ｃに、キャパシタ６０が追加され、また、界磁電流センサ５９に代えて、界磁電流センス抵抗６１を使用する。キャパシタ６０は、実施の形態７のキャパシタ６０と同様に、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に接続される。界磁電流センス抵抗６１は、負極側界磁端子ＦＮを共通電位端子Ｅに接続する回路の中で、負極側界磁端子ＦＮから第２のスイッチング制御素子５８を通じて第３のスイッチング制御素子５５に流れる電流をセンスするために、負極側界磁端子ＦＮと第１のダイオード素子５４のアノードＡとの間に接続される。この界磁電流センス抵抗６１には、第１の差動アンプ６２が付設され、この差動アンプ６２の一対の入力端子は界磁電流センス抵抗６１の両端に接続される。差動アンプ６２の出力端子は、界磁制御回路７０Ａの入力端子７２に接続され、この入力端子７２に界磁電流情報Ｉｉｎを入力する。

実施の形態１２のキャパシタ６０は、第１のスイッチング制御素子５３と界磁コイル２３に対して並列に接続され、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴ない、界磁コイル２３を通じて充放電を行ない、実施の形態５におけるキャパシタ６０と同様に、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうバッテリ端子Ｂの電圧変動を抑制する。界磁電流センス抵抗６１は、この第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに対応するキャパシタ６０の充放電回路には含まれず、この界磁電流センス抵抗６１が、第１のスイッチング制御素子５３のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流を制限することはない。

電力変換回路４０は、バッテリ端子Ｂと共通電位端子Ｅとの間に接続されるので、この電力変換回路４０の各スイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮのオン、オフに伴なって、バッテリ端子Ｂの電圧が変化する場合には、キャパシタ６０の充放電電流は、第２のスイッチング制御素子５８と界磁電流センス抵抗６１を通じて流れる。この結果、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフに伴なうキャパシタ６０の充放電電流は、界磁電流センス抵抗６１により抑制され、急峻な充放電電流が流れないので、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子がオン、オフしても、それによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｋに発生することがない。

実施の形態１２では、実施の形態８と同じ効果が得られ、加えて、界磁電流センス抵抗６１により、電力変換回路４０の各スイッチング制御素子のオン、オフによるノイズが、界磁駆動回路５０Ｋに発生するのを防止することができる。

実施の形態１３．
図１８は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１３を示す電気回路図である。この実施の形態１３の車両用回転電機装置１００Ｌでは、図１４に示す実施の形態９における界磁駆動回路５０Ｈが界磁駆動回路５０Ｌに置き換えられる。その他は、実施の形態９と同じに構成される。

実施の形態１３の界磁駆動回路５０Ｌでは、実施の形態９における界磁駆動回路５０Ｈに、負荷抵抗６３が追加される。その他は、実施の形態９における界磁駆動回路５０Ｈと同じに構成される。負荷抵抗６３は、図１８に示すように、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に、第２のダイオード素子５７と直列に接続される。第２のダイオード素子５７には、異常期間Ｔ２において、第２の制御信号ＦＳがオフレベル信号ＯＦＦに切換えられたときに、過渡電圧Ｖｔに基づく循環界磁電流が流れるが、負荷抵抗６３は、この循環界磁電流を減衰させ、循環界磁電流が減衰する時間を短縮する。

実施の形態１３では、実施の形態９と同じ効果が得られ、加えて、負荷抵抗６３により、第２のスイッチング制御素子５８がオフしたときに、界磁コイル２３に流れる循環界磁電流の減衰時間を短縮し、異常期間Ｔ２を短時間に終了させることができる効果がある。

実施の形態１４．
図１９は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１４を示す電気回路図である。この実施の形態１４の車両用回転電機装置１００Ｍでは、図１５に示す実施の形態１０における界磁駆動回路５０Ｉが界磁駆動回路５０Ｍに置き換えられる。その他は、実施の形態１０と同じに構成される。

実施の形態１４の界磁駆動回路５０Ｍでは、実施の形態１０における界磁駆動回路５０Ｉに、負荷抵抗６３が追加される。その他は、実施の形態１０における界磁駆動回路５０Ｉと同じに構成される。負荷抵抗６３は、図１９に示すように、バッテリ端子Ｂと負極側界磁端子ＦＮとの間に、第２のダイオード素子５７と直列に接続される。第２のダイオード素子５７には、異常期間Ｔ２において、第２の制御信号ＦＳがオフレベル信号ＯＦＦに切換えられたときに、過渡電圧Ｖｔに基づく循環界磁電流が流れるが、負荷抵抗６３は、この循環界磁電流を減衰させ、循環界磁電流が減衰する時間を短縮する。

実施の形態１４では、実施の形態１０と同じ効果が得られ、加えて、負荷抵抗６３により、第２のスイッチング制御素子５８がオフしたときに、界磁コイル２３に流れる循環界磁電流の減衰時間を短縮し、異常期間Ｔ２を短時間に終了させることができる効果がある。

実施の形態１５．
図２０は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１５を示す電気回路図である。この実施の形態１５の車両用回転電機装置１００Ｎでは、図１６に示す実施の形態１１における界磁駆動回路５０Ｊが界磁駆動回路５０Ｎに置き換えられる。その他は、実施の形態１１と同じに構成される。

実施の形態１５の界磁駆動回路５０Ｎでは、実施の形態１１における界磁駆動回路５０Ｊに、負荷抵抗６３が追加される。その他は、実施の形態１１における界磁駆動回路５０Ｊと同じに構成される。負荷抵抗６３は、図２０に示すように、正極側界磁端子ＦＰと負極側界磁端子ＦＮとの間に、第２のダイオード素子５７と直列に接続される。第２のダイオード素子５７には、異常期間Ｔ２において、第２の制御信号ＦＳがオフレベル信号ＯＦＦに切換えられたときに、過渡電圧Ｖｔに基づく循環界磁電流が流れるが、負荷抵抗６３は、この循環界磁電流を減衰させ、循環界磁電流が減衰する時間を短縮する。

実施の形態１５では、実施の形態１１と同じ効果が得られ、加えて、負荷抵抗６３により、第２のスイッチング制御素子５８がオフしたときに、界磁コイル２３に流れる循環界磁電流の減衰時間を短縮し、異常期間Ｔ２を短時間に終了させることができる効果がある。

実施の形態１６．
図２１は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１６を示す電気回路図である。この実施の形態１６の車両用回転電機装置１００Ｐでは、図１７に示す実施の形態１２における界磁駆動回路５０Ｋが界磁駆動回路５０Ｐに置き換えられる。その他は、実施の形態１２と同じに構成される。

実施の形態１６の界磁駆動回路５０Ｐでは、実施の形態１２における界磁駆動回路５０Ｋに、負荷抵抗６３が追加される。その他は、実施の形態１２における界磁駆動回路５０Ｋと同じに構成される。負荷抵抗６３は、図２１に示すように、正極側界磁端子ＦＰと負極側界磁端子ＦＮとの間に、第２のダイオード素子５７と直列に接続される。第２のダイ
オード素子５７には、異常期間Ｔ２において、第２の制御信号ＦＳがオフレベル信号ＯＦＦに切換えられたときに、過渡電圧Ｖｔに基づく循環界磁電流が流れるが、負荷抵抗６３は、この循環界磁電流を減衰させ、循環界磁電流が減衰する時間を短縮する。

実施の形態１６では、実施の形態１２と同じ効果が得られ、加えて、負荷抵抗６３により、第２のスイッチング制御素子５８がオフしたときに、界磁コイル２３に流れる循環界磁電流の減衰時間を短縮し、異常期間Ｔ２を短時間に終了させることができる効果がある。

実施の形態１７．
図２２は、この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１７を示す電気回路図である。この実施の形態１７による車両用回転電機装置１００Ｑでは、図１５に示す実施の形態１０における制御装置３０が制御装置３０Ｑに置き換えられている。その他は、実施の形態１０と同じに構成される。

実施の形態１７の制御装置３０Ｑは、実施の形態１０における制御装置３０に、プルアップ抵抗６５とプルダウン抵抗６６を追加したものである。その他は、実施の形態１０の制御装置３０と同じに構成される。実施の形態１７の制御装置３０Ｑは、界磁駆動回路５０Ｉと界磁制御回路７０Ａを含む。プルアップ抵抗６５は、バッテリ端子Ｂと正極側界磁端子ＦＰとの間に接続され、また、プルダウン抵抗６６は、負極側界磁端子ＦＮと共通電位端子Ｅとの間に接続される。これらのプルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６は、それぞれ例えば１ＫΩ以上の高い抵抗値を持った抵抗であり、正常期間Ｔ１、異常期間Ｔ２、Ｔ３において、界磁コイル２３に界磁電流が流れているときには、制御装置３０Ｑに影響を及ぼさないが、界磁駆動回路５０Ｉのスイッチング制御素子５３、５５、５８がすべてオフとされた状態において、界磁電圧情報Ｖｉｎにより、界磁コイル２３に対する給電回路５１、すなわち界磁駆動回路５０Ｉ、および界磁コイル２３の異常状態を検出するのに利用される。

界磁コイル２３に対する給電回路５１に異常がない場合、スイッチング制御素子５３、５５、５８がすべてオフとされた状態では、界磁電圧情報Ｖｉｎは、次の所定値Ｖｉｎ０となる。
Ｖｉｎ０＝ｒ１×Ｖｂ／（ｒ１＋ｒ２）
なお、ｒ１はプルアップ抵抗６５の抵抗値、ｒ２はプルダウン抵抗６６の抵抗値であり、界磁コイル２３の抵抗値は、一般に数Ωであり、プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６に比べて充分小さいので、無視している。Ｖｂは、車載バッテリ１０の電圧である。

第１種類の異常、すなわち正極側界磁端子ＦＰの天絡異常と、第１のスイッチング制御素子５３の短絡異常とのいずれかの異常が発生しておれば、界磁電圧情報Ｖｉｎは、所定値Ｖｉｎ０に比べて大きくなり、第２種類の異常、すなわち負極側界磁端子ＦＮの地絡異常が発生しておれば、界磁電圧情報Ｖｉｎは、所定値Ｖｉｎ０に比べて小さくなる。したがって、実施の形態１７では、界磁コイル２３に電流を流す前に、界磁制御回路７０Ａにより、界磁電圧情報Ｖｉｎを検出し、この界磁電圧情報Ｖｉｎを所定値Ｖｉｎ０と比較することにより、界磁電流を流す前に、第１種類または第２種類の異常が発生しているかどうかを判定することができ、これらの異常がない場合に、界磁コイル２３に界磁電流を供給するようにして、給電回路５１の信頼性を向上することができる。

なお、実施の形態１７は、実施の形態１０における制御装置３０にプルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６を追加したが、他のすべての実施の形態における制御装置３０に対して、プルアップ抵抗６５およびプルダウン抵抗６６を追加することが可能であり、
この場合にも、実施の形態１７と同じ効果を得ることができる。

実施の形態１８．
実施の形態１〜１７は、いずれも回転電機２０が、電動機と発電機を兼用する電動発電機であって、電力変換回路４０が、６つのスイッチング制御素子４１ＵＰ、４１ＵＮ、４１ＶＰ、４１ＶＮ、４１ＷＰ、４１ＷＮを含み、回転電機２０に対する力行制御、同期整流制御を行なうものであるが、回転電機２０が発電専用の発電機とされる場合には、電力変換回路４０は、図２３に示すように、三相全波整流回路として構成することができる。図２３の電力変換回路４０では、Ｕ相電路４１Ｕは正極側ダイオード素子４２ＵＰと負極側ダイオード素子４２ＵＮを含み、それらの接続点がＵ端子に接続される。Ｖ相電路４１Ｖは正極側ダイオード素子４２ＶＰと負極側ダイオード素子４２ＶＮを含み、それらの接続点がＶ端子に接続される。また、Ｗ相電路４１Ｗは、正極側ダイオード素子４２ＷＰと負極側ダイオード素子４２ＷＮを含み、それらの接続点がＷ端子に接続される。

この発明の各種の変形または変更は、関連する熟練技術者が、この発明の範囲と精神を逸脱しない中で実現可能であって、この発明に記載された実施の形態には制限されないことと理解されるべきである。

この発明による車両用回転電機装置は、車両用の電動発電機、または車両用発電機と、それに対する制御装置として、利用可能である。

この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１を示す電気回路図である。 実施の形態１について、第１種類の異常が発生する場合における制御信号の変化を示す信号波形図である。 実施の形態１について、第２種類の異常が発生する場合における制御信号の変化を示す信号波形図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態２を示す電気回路図である。 実施の形態２について、第１種類の異常が発生する場合における制御信号の変化を示す信号波形図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態３を示す電気回路図である。 実施の形態３について、第１種類の異常が発生する場合における制御信号の変化を示す信号波形図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態４を示す電気回路図である。 実施の形態４について、第１種類の異常が発生する場合における制御信号の変化を示す信号波形図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態５を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態６を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態７を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態８を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態９を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１０を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１１を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１２を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１３を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１４を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１５を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１６を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１７を示す電気回路図である。 この発明による車両用回転電機装置の実施の形態１８において使用される電力変換回路を示す電気回路図である。

符号の説明

１００、１００Ａ〜１００Ｑ：車両用回転電機装置、１０：車載バッテリ、
２０：回転電機、２１：電機子コイル、２３：界磁コイル、３０、３０Ｑ：制御装置、
Ｂ：バッテリ端子、Ｅ：共通電位端子、ＦＰ：正極側界磁端子、ＦＮ：負極側界磁端子、 ４０：電力変換回路、５０：界磁駆動回路、５１：給電回路、
５３：第１のスイッチング制御素子、５４：第１のダイオード素子、
５５：第３のスイッチング制御素子、５７：第２のダイオード素子、
５８：第２のスイッチング制御素子、６０：キャパシタ、６１：界磁電流センス抵抗、
６２：差動アンプ、６３：負荷抵抗、６５：プルアップ抵抗、６６：プルダウン抵抗、
７０、７０Ａ：界磁制御回路。

Claims (10)

1. 電機子コイルと界磁コイルとを有し、車両に搭載されたエンジンに連結された回転電機、および車載バッテリの正極端子に接続されるバッテリ端子と共通電位点に接続される共通電位端子と前記界磁コイルに接続された正極側界磁端子と負極側界磁端子を有する制御装置を備え、前記制御装置が、前記バッテリ端子と共通電位端子との間に接続され、前記車載バッテリと前記電機子コイルとの間で電力変換を行なう電力変換回路と、前記バッテリ端子と共通電位端子との間に接続され、前記正極側界磁端子と負極側界磁端子を含む前記界磁コイルに対する給電回路を構成する界磁駆動回路と、前記界磁駆動回路を制御する界磁制御回路とを含む車両用回転電機装置であって、
   前記界磁駆動回路は、前記バッテリ端子と前記正極側界磁端子との間に接続された第１のスイッチング制御素子と、前記負極側界磁端子と前記共通電位端子との間に接続された第２のスイッチング制御素子と、前記正極側界磁端子と前記共通電位端子との間にそのカソードが前記正極側界磁端子に接続されるようにして接続された第１のダイオード素子と、前記バッテリ端子と前記負極側界磁端子との間にそのカソードが前記バッテリ端子に接続されるようにして接続された第２のダイオード素子とを有し、
   前記界磁制御回路は、前記第１のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第１の制御信号を供給し、また、前記第２のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第２の制御信号を供給するように構成され、
   前記界磁コイルに対する給電回路が正常であるときには、前記界磁制御回路は、前記第２の制御信号がオンレベル信号を維持するように制御することにより、前記第２のスイッチング制御素子を常時オン状態に制御するとともに、前記第１の制御信号が、制御されたデューティ比でオンレベル信号とオフレベル信号とを繰返すように制御することにより、前記制御されたデューティ比で前記第１のスイッチング制御素子をオン、オフ制御し、
   また、前記界磁コイルに対する給電回路に、前記正極側界磁端子の天絡異常と、前記第１のスイッチング制御素子との短絡異常のいずれかの異常が発生したときには、前記界磁制御回路は、前記第２の制御信号がオンレベル信号を維持した状態で前記第１の制御信号をオンレベル信号に切換え、その後、前記第１の制御信号がオンレベル信号を維持した状態で前記第２の制御信号をオフレベル信号に切換え、さらに、前記第２の制御信号がオフレベル信号を維持した状態で前記第１の制御信号をオフレベル信号に切換えることを特徴
   とする車両用回転電機装置。
2. 電機子コイルと界磁コイルとを有し、車両に搭載されたエンジンに連結された回転電機、および車載バッテリの正極端子に接続されるバッテリ端子と共通電位点に接続される共通電位端子と前記界磁コイルに接続された正極側界磁端子と負極側界磁端子を有する制御装置を備え、前記制御装置が、前記バッテリ端子と前記共通電位端子との間に接続され、前記車載バッテリと前記電機子コイルとの間で電力変換を行なう電力変換回路と、前記バッテリ端子と共通電位端子との間に接続され、前記正極側界磁端子と負極側界磁端子を含む前記界磁コイルに対する給電回路を構成する界磁駆動回路と、前記界磁駆動回路を制御する界磁制御回路とを含む車両用回転電機装置であって、
   前記界磁駆動回路は、前記バッテリ端子と前記正極側界磁端子との間に接続された第１のスイッチング制御素子と、前記負極側界磁端子と前記共通電位端子との間に接続された第２のスイッチング制御素子と、前記正極側界磁端子と前記共通電位端子との間にそのカソードが前記正極側界磁端子に接続されるようにして接続された第１のダイオード素子と、前記正極側界磁端子と負極側界磁端子との間にそのカソードが前記正極側界磁端子に接続されるようにして接続された第２のダイオード素子とを有し、
   前記界磁制御回路は、前記第１のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第１の制御信号を供給し、また、前記第２のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含む第２の制御信号を供給するように構成され、
   前記界磁コイルに対する給電回路が正常であるときには、前記界磁制御回路は、前記第２の制御信号がオンレベル信号を維持するように制御することにより、前記第２のスイッチング制御素子を常時オン状態に制御するとともに、前記第１の制御信号が、制御されたデューティ比でオンレベル信号とオフレベル信号とを繰返すように制御することにより、前記制御されたデューティ比で前記第１のスイッチング制御素子をオン、オフ制御し、
   また、前記界磁コイルに対する給電回路に、前記正極側界磁端子の天絡異常と、前記第１のスイッチング制御素子の短絡異常とのいずれかの異常が発生したときには、前記界磁制御回路は、前記第１の制御信号をオフレベル信号に維持するように制御し、また前記第１の制御信号がオフレベル信号を維持した状態で前記第２の制御信号をオフレベル信号に切換えることを特徴とする車両用回転電機装置。
3. 請求項１または２記載の車両用回転電機装置であって、さらに、前記界磁コイルに対する給電回路に、前記負極側界磁端子の地絡異常が発生したときには、前記界磁制御回路は、前記第１の制御信号をオフレベル信号に維持し、また、前記第２の制御信号をオフレベル信号に切換えることを特徴とする車両用回転電機装置。
4. 請求項１または２記載の車両用回転電機装置であって、前記界磁駆動回路は、さらに、前記第１のダイオード素子と並列に接続された第３のスイッチング制御素子を有し、また、前記界磁制御回路は、さらに、前記第３のスイッチング制御素子に対して、それをオンにするためのオンレベル信号と、それをオフにするためのオフレベル信号とを含むを第３の制御信号を供給するように構成され、
   前記界磁制御回路は、前記界磁コイルに対する給電回路が正常である場合には、前記制御されたデューティ比で、前記最３の制御信号が、前記第１の制御信号を反転した状態で、オフレベル信号とオンレベル信号を繰返すように制御することにより、前記制御されたデューティ比で前記第３のスイッチング制御素子を前記第１のスイッチング制御素子と反転した状態でオンオフ制御し、また前記いずれかの異常が発生したときには、前記第３の制御信号をオフレベル信号に維持することを特徴とする車両用回転電機装置。
5. 請求項４記載の車両用回転電機装置であって、前記第１のダイオード素子が、前記第３
   のスイッチング制御素子を構成する半導体チップ内に組み込まれたことを特徴とする車両用回転電機装置。
6. 請求項１または２記載の車両用回転電機装置であって、前記バッテリ端子と前記負極側界磁端子との間に、キャパシタを接続したことを特徴とする車両用回転電機装置。
7. 請求項６記載の車両用回転電機装置であって、前記負極側界磁端子と前記第１のダイオード素子のアノードとの間に、前記第２のスイッチング制御素子と直列に抵抗を接続したことを特徴とする車両用回転電機装置。
8. 請求項７記載の車両用回転電機装置であって、前記バッテリ端子と前記負極側界磁端子との間に、前記第２のダイオード素子と直列に負荷抵抗を接続したことを特徴とする車両用回転電機装置。
9. 請求項１または２記載の車両用回転電機装置であって、前記バッテリ端子と前記正極側界磁端子との間にプルアップ抵抗を接続し、また、前記負極側界磁端子と前記共通電位端子との間にプルダウン抵抗を接続したことを特徴とする車両用回転電機装置。
10. 請求項１または２記載の車両用回転電機装置であって、前記電機子コイルが三相電機子コイルとされ、前記電力変換回路が三相全波整流回路とされたことを特徴とする車両用回転電機装置。

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