JP4493324B2 - 車両用発電機のブラシ摩耗検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、乗用車、トラック、電車等の車両に搭載される車両用発電機のブラシ摩耗（磨耗とも記す）検出装置に関するものである。

図１１は、例えば、特許文献１（特開昭５７−１０１５４９号公報）に示された従来の車両用交流発電機におけるブラシ（刷子）磨耗限界を検出して警報表示するブラシ磨耗検出回路の構成を示す図である。
図１１に示した従来のブラシ摩耗検出回路の動作について説明する。
キースイッチ１０５が閉成されると、バッテリ１０４からはキースイッチ１０５、ブラシ(＋)１０９、界磁巻線（回転子巻線とも称す）１０２、ブラシ(−)１１０、および発電制御装置１０８を介して励磁電流が流れ、その電流により界磁巻線１０２は直流励磁されることになる。（第一の制御モード）

このような状態において、回転子巻線１０２が図示しないエンジン回転により回転駆動されると、三相星型結線の電機子巻線（固定子巻線とも称す）１０１には電圧が誘起され、その発電出力は三相全波整流器１０３を介してバッテリ１０４を充電する一方、界磁巻線１０２には補助整流器１０７から励磁電流が流れるようになる。
その結果、ＰＬ（パイロットランプ）１０６に流れる電流は減少され、点灯状態にあったＰＬ（パイロットランプ）１０６は消灯し、車両運転者は発電機が発電状態にあることを知り得る。

界磁巻線１０２の回転速度が更に上昇すれば、発電制御装置１０８はバッテリ１０４の電圧が一定となるべく、界磁巻線１０２に流れる励磁電流を制御する第二の制御モードに替わる。
ここで、界磁巻線１０２に電流を供給するブラシ(＋)１０９およびブラシ(−)１１０の何れかが磨耗限界に近づき、励磁電流供給が停止した場合、発電も停止される。

本従来例は、ブラシ(＋)１０９およびブラシ(−)１１０の近傍に、ブラシ磨耗限界検知部としての投光器１１３と受光器１１４の光電検出器を設けている。
そして、ブラシ(＋)１０９もしくはブラシ(−)１１０が磨耗により所定の位置まで移動すると、受光器１１４は投光器１１３からの光を受光し、光電変換動作することによって、ブラシの磨耗限界を検知する。
図１２は、従来のブラシ摩耗検出回路に用いられる給電部材としてのブラシの保持状態を示す図であり、例えば、ブラシ(＋)１０９はコイルバネ１２６などで図示しない被給電部に押し付けられており、給電を保ちながら、それ自体の磨耗で全体が移動する構成となっている。

投光器１１３（例えば、発光ダイオード）および受光器１１４（例えば、フォトトランジスタ）は、図１２に示すようにブラシ(＋)１０９が保持される空間部を介して対向して配置される。ブラシ(−)１１０についても同様である。
なお、ブラシホルダ１２５は、投光器１１３、受光器１１４、コイルバネ１２６などが配置されており、その内部の空間部において、ブラシ１０９を圧接した状態で移動自在に保持する。
これにより、通常は投光器１１３と受光器１１４との間にブラシが介在し、受光器１１４は受光しないが、磨耗限界が近づくに伴い受光器１１４は投光器１１３からの光を除々に受光するようになる。なお、図１２は受光時の状態を示している。

受光器１１４は、受光により電流が流れ、その電流はトランジスタ１１５で増幅され、ツェナーダイオード１１８で定電圧にされる。
そして、この定電圧は、無安定マルチバイブレータ１１２の動作電源となる。
一方この無安定マルチバイブレータ１１２の入力として、中性点１１１からダイオード１０９、抵抗１２４を介してトランジスタ１１６をオン状態にしていた電流が抵抗１２３を介して流れ込むことになる。
トランジスタ１１６は、無安定マルチバイブレータ１１２のローレベル、ハイレベルに応じてオン（ＯＮ）、オフ（ＯＦＦ）状態となり、さらに、トランジスタ１１７がオン、オフ状態となり、ＰＬ（パイロットランプ）１０６はトランジスタ１１７がオン状態の間のみ点灯する。
従って、ブラシ(＋)１０９もしくはブラシ(−)１１０が磨耗限界に近づいたときに無安定マルチバイブレータ１１２が低周波発振動作し、ＰＬ（パイロットランプ）１０６が周期点滅状態、つまり、磨耗限界検知表示状態となる。

また、ブラシの摩耗限界を検知する従来の他の方法としては、例えば、特許文献２（実開昭昭５７−４４４０４号公報）には、検出電極をブラシの摩耗許容位置まで埋め込んだブラシを、そのブラシの下端面が回転電気機械の整流子に接するように取り付けるとともに、警報手段を検出電極と回転電気機械用の電源との間に接続して、ブラシの摩耗によって検出電極が整流子に接触することによれ警報手段に所定電圧が印加され、警報を発するようにしたブラシの摩耗検出装置が示されている。
特開昭５７−１０１５４９号公報（第２図、第３図） 実開昭５７−４４４０４号公報（第１図）

特開昭５７−１０１５４９号公報に示された従来の装置（ブラシ磨耗検出回路）では、ブラシの磨耗を検知するためには、投光器（発光ダイオード）および受光器（フォトトランジスタ）などで構成される検知器を必要としていた。また、これら検知器をブラシホルダに設置するために、ブラシホルダに加工を施す必要があった。
また、実開昭５７−４４４０４号公報に示されたブラシの摩耗検出装置では、投光器および受光器で構成される検知器は必要とないが、直接ブラシに磨耗限界を検知するための検出電極を埋め込む必要があるので、やはり複雑な加工を施さねばならない。
また、上述した従来の装置では、通常はブラシの磨耗に伴い、削られたブラシの屑が発生し、蓄積する。
このため、これらの屑や蓄積物が、ブラシ近傍に設置される検知機器あるいは素子に対して、ブラシ磨耗限界時における動作信頼性低下の要因となっていた。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、給電機構部近傍やブラシ自体にブラシ磨耗限界を検知するための検知素子を設置する必要がなく、そのため検知素子を設置するための加工が不要である生産性に優れた低価格な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供することを目的とする。
さらに、ブラシの削り屑やその蓄積物に起因するブラシ磨耗限界の検知信頼性の低下を回避できる高信頼度な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供することを目的とする。

この発明に係る車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、発電機の界磁巻線の端部に設けられたスリップリングに摺動可能に圧接配置され、バッテリからの励磁電流を上記界磁巻線に供給するためのブラシと、上記ブラシを介して発電機の上記界磁巻線に流れる電流値を検出する電流検出回路と、上記発電機の出力電圧値を検出する出力電圧検出回路と、上記電流検出回路が検出する電流値あるいは上記出力電圧検出回路が検出する出力電圧値に基づいて上記ブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路とを備え、
上記ブラシは、摩耗限界部に接触抵抗の大きな材質が埋め込まれていることを特徴とするものである。

また、この発明に係る車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、発電機の界磁巻線の端部に設けられたスリップリングに摺動可能に圧接配置され、バッテリからの励磁電流を上記界磁巻線に供給するためのブラシと、上記発電機の回転数を検出する回転数検出回路と、上記回転数検出回路が検出する回転数に基づいて上記ブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路とを備え、
上記ブラシは、摩耗限界部に接触抵抗の大きな材質が埋め込まれていることを特徴とするものである。

この発明によれば、ブラシの摩耗限界を検出する機能を発電機の制御回路部内に持たせることが可能となる。
その結果、給電機構部近傍やブラシ自体にブラシ摩耗限界を検知するための検知素子を設置する必要がなく、検知素子を設置するための加工が不要である生産性に優れた低価格な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供することができる。
また、ブラシの近傍にブラシの摩耗限界を検知するための検知素子を配置していないので、ブラシの削り屑やその蓄積物に起因するブラシ摩耗限界の検知信頼性の低下を回避できる高信頼度な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供できる。
さらに、ブラシは摩耗限界部に接触抵抗の大きな材質が埋め込まれているので、車両用発電機の励磁電流の低下を顕著に検出できる。

以下、図面に基づいて本発明による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の一実施の形態について説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものを表す。
実施の形態1．
図１は、実施の形態1による車両用交流発電機（以下、車両用発電機と略す）のブラシ摩耗検出装置の電気回路構成を示す図である。
図１において、１は電機子巻線（固定子巻線）、２は界磁巻線（回転子巻線）、３は三相全波整流器、４はバッテリ、５はキースイッチ、６はＰＬ（パイロットランプ）、９はブラシ（＋）、１０はブラシ（−）、１１は中性点である。
これらは、それぞれ図１１に示した電機子巻線（固定子巻線）１０１、界磁巻線（回転子巻線）１０２、三相全波整流器１０３、バッテリ１０４、キースイッチ１０５、ＰＬ（パイロットランプ）１０６、ブラシ（＋）１０９、ブラシ（−）１１０、中性点１１１と同等の機能を有する。
なお、１２は、電機子巻線（固定子巻線）１および界磁巻線（回転子巻線）２等で構成される発電機である。

４０は、本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置に用いられ、ブラシ摩耗検出、摩耗限界判定、警報表示制御などの機能を有した集積回路である。
図２は、集積回路４０の内部構成を示すと共に、集積回路４０の動作を説明するための図である。
また、図１あるいは図２において、５１は車両用発電機の励磁電流を断続制御するための開閉素子であるトランジスタ、５２は車両用発電機が無発電や過電圧状態になった場合などの故障時にＰＬ（パイロットランプ、以下単にＰＬと称す）６を点灯させ、またブラシ磨耗限界時にはＰＬ６を点滅させるパワートランジスタである。
なお、抵抗５３は検出電流を制限するための抵抗、抵抗５４は集積回路４０内の電源回路４２に電力供給を行うに際に電源回路４２が破損しないように電流制限するための抵抗、抵抗５５はキースイッチ５を介してバッテリ４から電力供給を行う際に電流制限をするための抵抗、ダイオード５６は一般にフライホールダイオードと呼ばれるものである。

図３は、本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置が適用される給電機構部の構成を示す斜視図である。
図３に示すように、給電機構部は、一対のブラシ（＋）９およびブラシ（−）１０と、これらにそれぞれ荷重を付加するコイルバネ２０、コイルバネ２１で構成されている。
そして、給電機構部のブラシ（＋）９およびブラシ（−）１０は、被給電部としてのスリップリング３０に対して常に接触圧力が加えられ、給電回路が構成されている。
なお、図３において、長い方のブラシ（即ち、ブラシ１０）はブラシが初期状態のときの大きさ、他方の短い方のブラシ（即ち、ブラシ９）はブラシが磨耗限界直前の大きさを示している。
理解し易いようにブラシの長さを変えて示しているが、通常の使用状態では一対のブラシ９およびブラシ（−）１０の磨耗状態が大きく異なる事はほとんどなく、ほぼ同じ大きさである。

ブラシ（＋）９およびブラシ（−）１０は、発電機の界磁巻線の端部に設けられたスリップリング３０に摺動可能に圧接配置されている。
スリップリング３０とブラシ（＋）９またはブラシ（−）１０との接触圧力は、主にコイルバネ２０、２１の荷重、つまり弾性力であり、この弾性力はいわゆるフックの法則に従う。
そのためブラシ（＋）９のように磨耗すると、コイルバネ２０が伸びて弾性力が低下し、スリップリング３０とブラシ（＋）９との接触圧力も低下する。
一般に二つの導体の接触面を通じて電流を流す場合、接触面を拡大して考えるといくつかの小さな接触面の集合であり、この接触する個所の面積や数は接触圧力とともに増大し、図４〔改定電気材料（コロナ社発行）ｐ６４，図３・３より〕に示すように、荷重（接触圧力）の増加に伴い、接触抵抗は小さくなる。
また、図５〔改定電気材料（コロナ社発行）ｐ６４，図３・４より〕に示すように、接触させる導体の材質が異なると接触抵抗が異なる。
本実施例の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、ブラシ磨耗限界到達時のスリップリングとブラシの接触抵抗の影響による励磁電流の低下を判定して、ブラシ磨耗限界の警報を行うものである。

次に、動作について説明する。図1において、キースイッチ５が閉じられると、バッテリ４によって、図２示した集積回路４０内の電源トリガ回路４１が動作を開始し、ＰＬ駆動制御回路４６を動作させ、ＰＬ６を点灯させる。
このときの状態を無発電警報状態と言う。
このとき、電源回路４２も動作し、集積回路４０の全ての回路に電圧を供給する。（なお図２では電源回路４２からの電圧供給を示す矢印→は発振回路４３以外への記載以外は省略している）
したがって、発振回路４３が発振状態となり、この発振回路４３からの入力によって、電圧制御回路４４は発振回路４３の周期と同期した一定の導通率でトランジスタ５１を導通させる。
このときの状態を初期励磁状態（第一の制御状態）と言う。

そのため、回転子巻線２には初期励磁状態の一定断続制御によって励磁電流が流れ、発電機１２は発電可能状態となる。
回転子巻線２が図示しないエンジン回転により回転駆動されれば、三相星型結線の電機子巻線（固定子巻線）１には電圧が誘起される。
その１相からの出力が出力電圧検出回路４５に入力される。そしてこの出力電圧（即ち、出力電圧検出回路４５に入力される電圧）が所定の閾値以上になると、出力電圧検出回路４５は電圧制御回路４４、ＰＬ駆動制御回路４６、ブラシ磨耗判定回路４８に信号を出力する。
このとき、電圧制御回路４４は、発電機１２の発電電圧と目標電圧との比較によって、初期励磁状態からトランジスタ５１を開閉制御する第二の制御に切り替える。

また、ＰＬ駆動制御回路４６は、出力電圧検出回路４５からの入力を受けたことにより、発電機１２が発電状態に達したとして、ＰＬ６を消灯させる。
本実施の形態では、ブラシ磨耗限界の検出は、発電機１２が無発電状態から発電状態に達するまでの初期励磁状態の場合に行われる。
電流検出回路４７が測定するトランジスタ５１のコレクタ電流は、バッテリ4からブラシ(＋)９、界磁巻線（回転子巻線）２、ブラシ(−)１０を介して供給される初期励磁電流である。
そのため、ブラシが磨耗してコイルバネ２０あるいはコイルバネ２１の荷重が低下し、ブラシ（＋）９、ブラシ（−）１０とスリップリング３０の接触抵抗が大きくなると励磁電流、つまりトランジスタ５１のコレクタ電流も減少するのは前述のとおりである。

そこでブラシ磨耗限界直前の初期励磁による一定開閉時間での断続コレクタ電流の平均値を閾値として、常に初期励磁時のコレクタ電流の平均値を電流検出回路４７により測定し、閾値以下の電流値を測定した場合、ブラシ磨耗判定回路４８がオン動作となる。
このとき、発電機は発電を開始していいないため、無発電状態としてＰＬ６は点灯したままであるが、ブラシ磨耗判定回路４８が一度オン動作すると、その動作を持続させる機能を有することで、エンジン回転開始後に車両運転者に警報すべく、ＰＬ６を点滅させる。
以上の動作により、車両運転者にブラシの磨耗限界を警報することが可能となる。

なお、図６は、実施の形態1による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の動作（ブラシ磨耗警報動作）を説明するためフローチャートである。
また、図７は、ＰＬ駆動制御回路４６の内部回路の構成と入力される信号を示したものであり、図８は、キースイッチ５の状態（オン／オフ）、発電機の状態(発電／無発電)、ブラシの状態(磨耗限界到達／未到達)とＰＬ（パイロットランプ）６の点灯／消灯状態の関係を示したものである。
図６に基づいて、本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の動作を説明する。

まず、キースイッチ５をオンにしたとき（ステップＳ１０１）はエンジン回転停止状態であり、発電機１２が無発電の状態では出力電圧検出回路４５への入力はなく、出力電圧検出回路４５は出力しない。（ステップＳ１０２）
出力電圧検出回路４５が出力しないため、ＰＬ駆動制御回路４６が出力し、パワートランジスタ５２がオンとなり、ＰＬ（パイロットランプ）６が点灯すると共に、電圧制御回路４４は第一の制御動作状態（初期励磁状態）となるべく出力する。（ステップＳ１０３）
次に、ブラシ摩耗判定回路４８によってブラシが摩耗限界に到達したか否かを判定（ステップＳ１０４）し、ブラシが摩耗限界に到達していなければブラシ摩耗判定回路４８は出力せず、ステップＳ１０５に移行し、ブラシが摩耗限界に到達しておれば、ブラシ摩耗判定回路４８は出力する。（ステップＳ１０９）

ステップＳ１０５およびステップＳ１１０は、エンジン回転が始動し、発電機１２が発電を開始したか否かの分岐ステップである。
発電機１２が発電を開始していなければ、即ち、発電機１２が無発電の状態であれば、ブラシ摩耗判定回路４８の出力に関係なく、ステップＳ１０２およびステップＳ１０３の動作が維持される。
発電機１２が発電を開始すれば、その出力電圧は上昇し、出力電圧検出回路４５が出力する。（ステップＳ１０６、ステップＳ１１１）
ブラシが摩耗限界未到達で発電機１２が発電状態のときは、ブラシ摩耗判定回路４８が出力しないので、ＰＬ駆動制御回路４６は出力を停止し、ＰＬ（パイロットランプ）６は消灯する。さらに、第二の制御動作となるべく、電圧制御回路４４が出力する。（ステップＳ１０７）

また、ブラシが摩耗限界到達後で発電機１２が発電状態のときは、出力電圧検出回路４５は出力しないが、ブラシ摩耗判定回路４８からの出力（点滅出力）によりＰＬ（パイロットランプ）６が点滅する。さらに、第二の制御動作となるべく、電圧制御回路４４が出力する。（ステップＳ１１２）
ステップＳ１０８およびステップＳ１１３は、エンジン回転が回転停止しているか否かの分岐ステップである。
ステップＳ１０８においてエンジン回転が回転停止していなければ、ステップＳ１０７の動作を維持し、また、ステップＳ１１３においてエンジン回転が回転停止していなければ、ステップＳ１１２の動作を維持する。
ステップＳ１０８あるいはステップＳ１１３においてエンジン回転が回転停止しておれば、ブラシ摩耗判定回路４８の出力に関係なく、ステップＳ１０２へ戻る。

以上説明したように、本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、発電機１２の界磁巻線２の端部に設けられたスリップリング３０に摺動可能に圧接配置され、バッテリ４からの励磁電流を界磁巻線２に供給するためのブラシ９、１０と、ブラシ９、１０を介して発電機１２の界磁巻線２に流れる電流値を検出する電流検出回路４７と、発電機１２の出力電圧値を検出する出力電圧検出回路４５と、電流検出回路４７が検出する電流値あるいは出力電圧検出回路４５が検出する出力電圧値に基づいてブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路４８を備えている。

従って、ブラシの磨耗限界を検出する機能を発電機の制御回路部内に持つことになり、その結果、給電機構部近傍やブラシ自体にブラシ磨耗限界を検知するための検知素子を設置する必要がなく、検知素子を設置するための加工が不要である生産性に優れた低価格な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供できる。
また、ブラシの近傍にブラシの磨耗限界を検知するための検知素子を配置していないので、ブラシの削り屑やその蓄積物に起因するブラシ磨耗限界の検知信頼性の低下を回避できる高信頼度な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供できる。

なお、前述の例では、トランジスタ５１のコレクタ電流を測定することによって励磁電流の低下を検出する場合について説明したが、トランジスタ５１のエミッタ側の電流値を測定しても同等の効果が得られる。
また、トランジスタ５１のコレクタ電流および第一の制御時のトランジスタ５１の一定開閉時間を決める発振回路４３の発振周波数は、温度によって変化する。
そのため、温度センサなどを設け、温度変化に伴う電流値の変化に対して電流検出回路４７の閾値を変更させることにより、ブラシ磨耗判定回路４８の動作信頼性が向上する効果が得られる。
また、ブラシ磨耗限界位置に接触抵抗の大きい材質を埋め込む、またはスリップリング３０との接触面積が小さくなる形状のブラシを用いることによって、トランジスタ５１のコレクタ電流の低下を顕著にする効果が得られる。
さらに、本実施の形態では、制御部の断続制御素子にバイポーラトランジスタを用いているが、ＭＯＳＦＥＴを用いてもよい。

実施の形態２．
図９は、実施の形態２による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置に用いられる集積回路４０ａの内部構成を示すと共に、集積回路４０ａの動作を説明するための図である。
なお、本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の電気回路構成は、図１における集積回路４０を集積回路４０ａに置き換えたものである。
前述の実施の形態１による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置では、トランジスタ５１のコレクタ電流を検出する電流検出回路４７が設けられていたが、本実施の形態では、これに代わり、回転子巻線２の回転数を検出する回転検出回路４９が設けられていることを特徴とする。

動作について説明する。
キースイッチ５（図１参照）が閉じられ、初期励磁状態により発電機１２が発電可能状態となる経緯は実施の形態1の場合と同じである。
次に、発電機１２は発電を開始し、出力電圧の１相分が出力電圧検出回路４５に入力されるようになるが、この時、本実施の形態では、同時に発電機の回転数が回転数検出回路４９にも入力される。

出力電圧の1相分が出力電圧検出回路４５で設定する閾値以上になると、電圧制御回路４４が初期励磁状態からトランジスタ５１を開閉制御する第二の制御に替わり、ＰＬ駆動制御回路４６がＰＬ６を消灯させるのは実施の形態1と同じである。
本実施の形態では、ブラシの磨耗限界の検出は第一の制御手段から第二の制御手段に切り替わるときの回転子巻線２の回転数を測定することで行われる。
ブラシの磨耗に伴うコイルバネ２０、２１（図３参照）の荷重の低下により、スリップリング３０との接触抵抗が増大するので、回転子巻線２に流れる励磁電流が減少し、発電機１２の発電も低下する。
そのため、出力電圧の1相分が出力電圧検出回路４５の閾値に達するためには、より高い回転数が必要となる。

そこで、ブラシ磨耗限界直前の第一の制御から第二の制御に切り替わるときの回転子巻線の回転数を閾値として、常に切り替わる回転数を回転数検出回路４９によって測定し、閾値以上の回転数を測定した場合に、ブラシ磨耗判定回路４８ａがオン動作する。
このオン動作は保持機能が働くので、発電機１２が無発電時は、ＰＬ６は点灯したままであるが、エンジン回転開始後に車両運転者に警報すべくＰＬ６を点滅させるなる経緯は実施の形態1の場合と同じである。
以上の動作により車両運転者にブラシの磨耗限界を警報することが可能となる。

図１０は、実施の形態２による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の動作（ブラシ磨耗警報動作）を説明するためフローチャートである。
なお、ＰＬ駆動制御回路４６の内部回路の構成と入力される信号は前掲の図７に示されたものと同じであり、キースイッチ５の状態（オン／オフ）、発電機の状態(発電／無発電)、ブラシの状態(磨耗限界到達／未到達)とＰＬ（パイロットランプ）６の点灯／消灯状態の関係も図８に示したものと同じである。
図１０に基づいて本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の動作を説明する。

まず、キースイッチ５をオンにしたとき（ステップＳ２０１）は、エンジン回転停止状態であり、発電機１２が無発電の状態では出力電圧検出回路４５への入力はなく、出力電圧検出回路４５は出力しない。（ステップＳ２０２）
出力電圧検出回路４５が出力しないため、ＰＬ駆動制御回路４６が出力し、パワートランジスタ５２がオンとなり、ＰＬ６が点灯すると共に、電圧制御回路４４は第一の制御動作状態（初期励磁状態）となるべく出力する。（ステップＳ２０３）
ステップＳ２０４は、エンジン回転が始動した否かによって分岐するステップであり、エンジン回転が始動していなければ、ステップ２０２およびステップ２０３の動作が維持される。
エンジン回転が始動しておれば、エンジン回転の上昇に伴い出力電圧が上昇し、出力電圧検出回路４５が出力する。（ステップＳ２０５）

ステップ２０６は、任意の発電電圧値で回転数が所定の閾値以上か否かによって分岐するステップであり、回転数が閾値以上でなければ、ブラシ摩耗判定回路４８ａはブラシが摩耗限界に未到達であると判定し、ブラシ摩耗判定回路４８ａは出力しない。（ステップＳ２０７）
そして、ブラシが摩耗限界到達後および発電機１２が発電開始の状態のとき、出力電圧検出回路４５が出力しないため、ＰＬ駆動制御回路４６が出力停止となり、パワートランジスタ５２はオンせず、ＰＬ６は消灯する。さらに、第二の制御動作となるべく、電圧制御回路４４が出力する。（ステップＳ２０８）
一方、ステップ２０６において、回転数が閾値以上であれば、ブラシ摩耗判定回路４８ａはブラシが摩耗限界に到達したものと判定し、ブラシ摩耗判定回路４８ａが出力（点滅点灯）する。（ステップＳ２１０）

ブラシが摩耗限界到達後および発電機１２が発電開始の状態のとき、出力電圧検出回路４５は出力しないが、ブラシ摩耗判定回路４８ａからの出力（点滅出力）によりＰＬ駆動制御回路４６が駆動され、パワートランジスタ５２をオン／オフして、ＰＬ６が点滅する。さらに、第二の制御動作となるべく、電圧制御回路４４が出力する。（ステップＳ２１１）
ステップＳ２０９およびステップＳ２１２は、エンジン回転が回転停止しているか否かの分岐ステップである。
ステップＳ２０９においてエンジン回転が回転停止していなければ、ステップＳ２０８の動作を維持し、また、ステップＳ２１２においてエンジン回転が回転停止していなければ、ステップＳ２１１の動作を維持する。
ステップＳ２０９あるいはステップＳ２１２においてエンジン回転が回転停止しておれば、ブラシ摩耗判定回路４８の出力に関係なく、ステップＳ２０２へ戻る。

以上説明したように、本実施の形態による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置は、発電機１２の界磁巻線２の端部に設けられたスリップリング３０に摺動可能に圧接配置され、バッテリ４からの励磁電流を界磁巻線２に供給するためのブラシ９、１０と、発電機１２の回転数を検出する回転数検出回路４９と、回転数検出回路４９が検出する回転数に基づいてブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路４８ａとを備えたものである。

従って、実施の形態１による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の場合と同様に、ブラシの磨耗限界を検出する機能を発電機の制御回路部内に持つことになり、その結果、給電機構部近傍やブラシ自体にブラシ磨耗限界を検知するための検知素子を設置する必要がなく、検知素子を設置するための加工が不要である生産性に優れた低価格な車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を提供できると共に、ブラシの近傍にブラシの磨耗限界を検知するための検知素子を配置していないので、ブラシの削り屑やその蓄積物に起因するブラシ磨耗限界の検知信頼性の低下を回避できる。

なお、回転数検出回路４９は、例えば微分および積分回路などで構成されたＦ−Ｖ変換回路などを用いて、変換後の電圧値が閾値以上の場合にブラシ磨耗判定回路４８を動作させてもよい。
また、第二の制御への切り替わりは回転数を閾値としてもよく、その場合に第一の制御から第二の制御に切り替わるときの出力電圧の１相分を出力電圧検出回路４５により測定させ、ブラシ磨耗限界直前の第二の制御に切り替わる回転数での出力電圧を閾値とし、閾値以下の出力値を測定した場合においても、同等の効果が得られる。
さらに、実施の形態１の場合と同様に、動作信頼性の向上のために、温度センサ等を設けて、回転数検出回路および、出力電圧検出回路の閾値を変更してもよく、また、ブラシ磨耗限界位置に、接触抵抗の大きい材質を埋め込む、またはスリップリング３０との接触面積が小さくなる形状のブラシを用いることによって、トランジスタ５１のコレクタ電流の低下を顕著にする効果が得られる。

この発明は、スリップリングに接触して発電機の界磁巻線に励磁電流を供給するブラシの摩耗限界を検出する検知素子をブラシ近傍に設ける必要がなく、生産性・信頼性に優れた車両用発電機のブラシ摩耗検出装置を得るのに有用である。

実施の形態１による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の電気回路構成を示す図である。 図１に示された集積回路の内部構成を示す図である。 給電機構部の構成を示す図である。 接触圧力と接触抵抗の関係を示す図である。 導体の材質によって接触抵抗が異なることを示す図である。 実施の形態１による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。 ＰＬ（パイロットランプ）駆動制御回路の構成と入力信号を示す図である。 主要回路の動作状態を説明するための図である。 実施の形態２による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の電気回路構成を示す図である。 実施の形態２による車両用発電機のブラシ摩耗検出装置の動作を説明するためのフローチャートである。 従来のブラシ摩耗検出装置の電気回路構成を示す図である。 従来のブラシ摩耗検出装置におけるブラシホルダの構成を示す図である。

符号の説明

１ 電機子巻線（固定子巻線） ２ 界磁巻線（回転子巻線）
３ 三相全波整流器 ４ バッテリ
５ キースイッチ ６ ＰＬ（パイロットランプ）
９ ブラシ １０ ブラシ
１１ 中性点 １２ 発電機
２０ コイルバネ ２１ コイルバネ
３０ スリップリング
４０ 集積回路 ４１ 電源トリガ回路
４２ 電源回路 ４３ 発信回路
４４ 電圧制御回路 ４５ 出力電圧検出回路
４６ ＰＬ駆動回路 ４７ 電流検出回路
４８ ブラシ摩耗判定回路 ４８ａ ブラシ摩耗検出回路
４９ 回転数検出回路
５１ トランジスタ ５２ パワートランジスタ

Claims (3)

1. 発電機の界磁巻線の端部に設けられたスリップリングに摺動可能に圧接配置され、バッテリからの励磁電流を上記界磁巻線に供給するためのブラシと、
   上記ブラシを介して発電機の上記界磁巻線に流れる電流値を検出する電流検出回路と、
   上記発電機の出力電圧値を検出する出力電圧検出回路と、
   上記電流検出回路が検出する電流値あるいは上記出力電圧検出回路が検出する出力電圧値に基づいて上記ブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路とを備え、
   上記ブラシは、摩耗限界部に接触抵抗の大きな材質が埋め込まれていることを特徴とする車両用発電機のブラシ摩耗検出装置。
2. 発電機の出力電圧が所定の目標値よりも大きいか否かにより上記界磁巻線に流れる電流を断続制御する電流断続制御手段を備え、
   上記ブラシ摩耗判定回路は、上記電流検出回路が検出する断続電流の平均値に基づいて上記ブラシの摩耗状態を判定することを特徴とする請求項１に記載の車両用発電機のブラシ摩耗検出装置。
3. 発電機の界磁巻線の端部に設けられたスリップリングに摺動可能に圧接配置され、バッテリからの励磁電流を上記界磁巻線に供給するためのブラシと、
   上記発電機の回転数を検出する回転数検出回路と、
   上記回転数検出回路が検出する回転数に基づいて上記ブラシの摩耗状態を判定するブラシ摩耗判定回路とを備え、
   上記ブラシは、摩耗限界部に接触抵抗の大きな材質が埋め込まれていることを特徴とする車両用発電機のブラシ摩耗検出装置。

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