JP5445185B2

JP5445185B2 - 車両用発電機

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Description

本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機に関する。

従来から、車両用発電機のＰ端子から得られる信号（固定子巻線に含まれる相巻線の出力電圧）に基づいて制御動作を開始するようにした車両用発電制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この車両用発電制御装置では、エンジンのアイドリング回転数近傍の回転数に達したときに主電源回路が起動されて電圧制御回路に対して電力が供給され、以後、発電制御が開始される。また、この車両用発電制御装置では、同様にしてＰ端子から得られる信号に基づいて発電制御装置に対する電力の供給を停止している。

また、従来から、ＭＯＳトランジスタを用いて整流器を構成し、回転子の回転に同期してＭＯＳトランジスタをオンオフ制御する車両用発電機が知られている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００２−１４２４９７号公報（第３−６頁、図１−５）特開平９−１９１９４号公報（第６−１１頁、図１−１５）

ところで、特許文献１に開示された制御開始タイミングにて、特許文献２に開示されたＭＯＳトランジスタをオンオフ制御する場合を考えると、発電開始直後にＭＯＳトランジスタのオンオフ制御を開始することになるが、発電開始直後では車両用発電機の回転が安定しないため、ＭＯＳトランジスタのオンオフタイミングを正確に設定することができず制御が不安定になるという問題があった。

本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、ＭＯＳトランジスタを用いて整流器を構成した場合にＭＯＳトランジスタの制御を安定させることができる車両用発電機を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電機は、回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての固定子巻線を有する固定子と、固定子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュールと、界磁巻線に界磁端子を介して直列接続されたスイッチング素子を有し、スイッチング素子を断続して界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより、複数の整流器モジュールの出力電圧を制御する発電制御装置とを備えている。整流器モジュールは、出力端子の出力を整流するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタのオンオフタイミングを設定する制御回路とを有し、制御回路は、界磁端子から出力される信号に基づいて制御動作を開始している。具体的には、上述した制御回路は、スイッチング素子が駆動されて界磁端子を通した界磁巻線への励磁電流の供給が開始されたタイミングで制御動作を開始し、スイッチング素子の駆動が停止して界磁端子を通した界磁巻線への励磁電流の供給が停止したタイミングで制御動作を停止している。

発電制御装置が動作を開始して界磁端子から界磁巻線に励磁電流の供給が開始された後に各整流器モジュールを起動することにより、発電状態が安定してから各整流器モジュールの制御動作を開始することができるため、整流器モジュールに含まれるＭＯＳトランジスタの制御を安定させることができる。

また、上述した整流器モジュールは、界磁端子から出力される信号に基づいて動作電圧の生成を開始あるいは停止する第１の電源回路を有し、制御回路は、第１の電源回路によって生成された動作電圧に基づいて制御動作を行うことが望ましい。これにより、発電開始前の状態において整流器モジュールで消費される電力を低減することが可能となる。

また、上述した発電制御装置は、固定子巻線に含まれる相電圧に基づいて発電の開始および停止を判定する発電検出回路と、発電検出回路によって発電状態と判定されたときに動作電圧を生成する第２の電源回路と、電源回路によって生成された動作電圧によって動作してスイッチング素子を駆動する電圧制御回路とを備えることが望ましい。これにより、発電を検出してから励磁電流の供給を開始することができ、回転が安定した状態で整流器モジュールを起動することができる。

また、上述した複数の整流器モジュールのそれぞれが界磁端子に接続されていることが望ましい。これにより、各整流器モジュールを同じ構成とすることができるため、部品の共用化によるコスト低減を図ることができるとともに、部品の誤組付を防止することによる高品質化が可能となる。

また、上述した複数の整流器モジュールの中の１つの整流器モジュールが界磁端子に接続されており、この１つの整流器モジュールに含まれる制御回路によって制御動作の開始および停止を判定した結果を他の整流器モジュールの制御回路に通知し、この他の整流器モジュールに含まれる制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことが望ましい。制御動作の開始／停止を判定する上位の整流器モジュール以外の下位の他の整流器モジュールでは、受信した通知に応じて起動等を行えばよいため、同時に起動／停止を行うことができる。また、複数の整流器モジュールの起動／停止のタイミングを合わせることにより、一部の整流器モジュールのみが先に起動されることがなくなるため、無駄な消費電力を低減することができる。

また、上述した固定子巻線は、複数の多相巻線を有し、複数の整流器モジュールは、複数の多相巻線のそれぞれに対応する整流器モジュール群を形成しており、整流器モジュール群毎に、複数の整流器モジュールの中の１つの整流器モジュールが界磁端子に接続されており、この１つの整流器モジュールに含まれる制御回路によって制御動作の開始および停止を判定した結果を他の整流器モジュールの制御回路に通知し、この他の整流器モジュールに含まれる制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことが望ましい。複数の整流器モジュール群毎に各整流器モジュールの起動が行われるため、いずれかの整流器モジュール群に含まれる上位の整流器モジュールが故障した場合であっても、他の整流器モジュール群を用いて通常の制御動作を継続することができ、車両用発電機の信頼性を向上させることができる。

また、上述した複数の整流器モジュールのそれぞれが界磁端子に接続されており、複数の整流器モジュールのそれぞれにおいて制御回路によって制御動作の開始および停止を判定し、その結果を他の整流器モジュールの制御回路に通知し、この他の整流器モジュールに含まれる制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことが望ましい。最先に制御動作の開始／停止を判定する整流器モジュール以外の他の整流器モジュールではこの最先の整流器モジュールの起動タイミングに合わせて起動を行うことが可能となるため、全ての整流器モジュールについて同時に起動／停止を行うことが可能となる。また、複数の整流器モジュールの起動／停止のタイミングを合わせることにより、一部の整流器モジュールのみが先に起動されることがなくなるため、無駄な消費電力を低減することができる。さらに、各整流器モジュールを同じ構成とすることができるため、部品の共用化によるコスト低減を図ることができるとともに、部品の誤組付を防止することによる高品質化が可能となる。

また、上述した界磁端子から出力される信号に基づいて、整流器モジュールに含まれる制御回路による制御動作の開始および停止を判定し、その判定結果を複数の整流器モジュールのそれぞれに通知する制御動作判定手段をさらに備え、複数の整流器モジュールに含まれる制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことが望ましい。これにより、全ての整流器モジュールについて同時に起動／停止を行うことが可能となる。また、複数の整流器モジュールの起動／停止のタイミングを合わせることにより、一部の整流器モジュールのみが先に起動されることがなくなるため、無駄な消費電力を低減することができる。さらに、各整流器モジュールを同じ構成とすることができるため、部品の共用化によるコスト低減を図ることができるとともに、部品の誤組付を防止することによる高品質化が可能となる。

また、上述した固定子巻線は、複数の多相巻線を有し、複数の整流器モジュールは、複数の多相巻線のそれぞれに対応する整流器モジュール群を形成しており、整流器モジュール群毎に、界磁端子から出力される信号に基づいて、整流器モジュールに含まれる制御回路による制御動作の開始および停止を判定し、その判定結果を複数の整流器モジュールのそれぞれに通知する制御動作判定手段をさらに備え、整流器モジュール群毎に、複数の整流器モジュールに含まれる制御回路は、対応する制御動作判定手段から通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことが望ましい。複数の整流器モジュール群毎に各整流器モジュールの起動／停止の判定が行われるため、いずれかの整流器モジュール群に対応する制御動作判定手段が故障した場合であっても、他の整流器モジュール群を用いて通常の制御動作を継続することができ、車両用発電機の信頼性を向上させることができる。

一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。整流器モジュールの構成を示す図である。制御回路の詳細構成を示す図である。発電制御装置のＦ端子と各整流器モジュールとの接続形態を示す図である。発電制御装置の構成を示す図である。整流器モジュールの起動タイミングを示すタイミング図である。発電制御装置と整流器モジュールとの間の接続形態の変形例を示す図である。図７に示す接続形態に対応する整流器モジュールに含まれる制御回路の部分的な構成を示す図である。発電制御装置と整流器モジュールとの間の接続形態の他の変形例を示す図である。発電制御装置と整流器モジュールとの間の接続形態の他の変形例を示す図である。図１０に示す接続形態に対応する整流器モジュールに含まれる制御回路の部分的な構成を示す図である。発電制御装置と整流器モジュールとの間の接続形態の他の変形例を示す図である。発電制御装置と整流器モジュールとの間の接続形態の他の変形例を示す図である。

以下、本発明を適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら説明する。図１は、一実施形態の車両用発電機の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、２つの固定子巻線２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、発電制御装置７を含んで構成されている。

一方の固定子巻線２は、多相巻線（例えばＸ相巻線、Ｙ相巻線、Ｚ相巻線からなる三相巻線）であって、固定子鉄心（図示せず）に巻装されている。同様に、他方の固定子巻線３は、多相巻線（例えばＵ相巻線、Ｖ相巻線、Ｗ相巻線からなる三相巻線）であって、上述した固定子鉄心に、固定子巻線２に対して電気角で３０度ずらした位置に巻装されている。本実施形態では、これら２つの固定子巻線２、３と固定子鉄心によって固定子が構成されている。

界磁巻線４は、固定子鉄心の内周側に対向配置された界磁極（図示せず）に巻装されて回転子を構成している。励磁電流を流すことにより、界磁極が磁化される。界磁極が磁化されたときに発生する回転磁界によって固定子巻線２、３が交流電圧を発生する。

一方の整流器モジュール群５は、一方の固定子巻線２に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線２に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群５は、固定子巻線２の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚを備えている。整流器モジュール５Ｘは、固定子巻線２に含まれるＸ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｙは、固定子巻線２に含まれるＹ相巻線に接続されている。整流器モジュール５Ｚは、固定子巻線２に含まれるＺ相巻線に接続されている。

他方の整流器モジュール群６は、他方の固定子巻線３に接続されており、全体で三相全波整流回路が構成され、固定子巻線３に誘起される交流電流を直流電流に変換する。この整流器モジュール群６は、固定子巻線３の相数に対応する数（三相巻線の場合には３個）の整流器モジュール６Ｕ、６Ｖ、６Ｗを備えている。整流器モジュール６Ｕは、固定子巻線３に含まれるＵ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｖは、固定子巻線３に含まれるＶ相巻線に接続されている。整流器モジュール６Ｗは、固定子巻線３に含まれるＷ相巻線に接続されている。上述した６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗのそれぞれは、個別の半導体パッケージとして提供されている。

発電制御装置７は、界磁巻線４に流す励磁電流を制御する励磁制御回路であって、Ｆ端子（界磁端子）を介して接続された界磁巻線４に流れる励磁電流を制御することにより車両用発電機１の発電電圧（各整流器モジュールの出力電圧）を制御する。また、発電制御装置７は、Ｌ端子（通信端子）および通信線を介してＥＣＵ８（外部制御装置）と接続されており、ＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮ（Local Interconnect Network）プロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。なお、これらのＦ端子やＬ端子は、各整流器モジュール５Ｘ等にも接続されており、その具体例については後述する。

本実施形態の車両用発電機１はこのような構成を有しており、次に、整流器モジュール５Ｘ等の詳細について説明する。

図２は、整流器モジュール５Ｘの構成を示す図である。なお、他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗも同じ構成を有している。図２に示すように、整流器モジュール５Ｘは、３つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２、電流検出素子５３、制御回路５４を備えている。ＭＯＳトランジスタ５０は、ソースが固定子巻線２のＸ相巻線に接続され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５２を介してバッテリ９の正極端子に接続されたハイサイド側のスイッチング素子である。ＭＯＳトランジスタ５１は、ドレインがＸ相巻線に接続され、ソースが電流検出素子５３を介してバッテリ９の負極端子（アース）に接続されたローサイド側のスイッチング素子である。

ＭＯＳトランジスタ５２は、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０とバッテリ９の正極端子との間に挿入され、ドレインがＭＯＳトランジスタ５０のドレイン側に接続されたスイッチング素子であり、バッテリ逆接続時およびロードダンプサージ抑止のための保護用に用いられる。ＭＯＳトランジスタ５０、５１のみが備わった従来構成では、バッテリ９が逆接続されたときに、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディーダイオードを介して大電流が流れるが、逆接続時にこの保護用のＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のボディダイオードを介して流れる電流を阻止することができる。また、車両用発電機１に接続されたバッテリ９が外れた場合に固定子巻線２のＸ相巻線に大きなロードダンプサージが発生するが、このときにＭＯＳトランジスタ５２をオフすることにより、車両用発電機１から電気負荷１０、１２等に大きなサージ電圧が印加されることを阻止することができる。なお、整流動作のみに着目した場合には、上述したＭＯＳトランジスタ５２は省略するようにしてもよい。

図３は、制御回路５４の詳細構成を示す図である。図３に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源回路１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、１４０、温度検出部１５０、電流検出部１６０、ドライバ１７０、１７２、１７４、通信回路１８０を備えている。

電源回路（第１の電源回路）１０２は、発電制御装置７のＦ端子から出力される信号に基づいて動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。発電制御装置７は、Ｆ端子を通して界磁巻線４に対して励磁電流の供給を行っており、電源回路１０２は、このＦ端子の電圧を監視することにより、界磁巻線４へ励磁電流の供給が開始されたタイミングで動作電圧の供給動作を開始し、励磁電流の供給が終了したタイミングで動作電圧の供給動作を停止する。例えば、図１に示す界磁巻線４の接続例では、界磁巻線４に励磁電流の供給が開始されるとＦ端子の電圧が高くなり、反対に励磁電流の供給が終了するとＦ端子の電圧が低くなるため、電源回路１０２は、Ｆ端子の電圧と所定の基準電圧とを比較し、Ｆ端子の電圧が基準電圧以上になったときに動作電圧を生成し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する動作を開始する。反対に、電源回路１０２は、Ｆ端子の電圧が基準電圧よりも低くなったときに動作電圧の生成を停止し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する動作を終了する。制御回路５４は、電源回路１０２からの動作電圧の供給を受けて制御動作を開始し、動作電圧の供給停止を受けて制御動作を終了する。

ドライバ１７０は、出力端子（Ｇ１）がハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５０をオンオフする駆動信号を生成する。同様に、ドライバ１７２は、出力端子（Ｇ２）がローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５１をオンオフする駆動信号を生成する。ドライバ１７４は、出力端子（Ｇ３）が保護用のＭＯＳトランジスタ５２のゲートに接続されており、ＭＯＳトランジスタ５２をオンオフする駆動信号を生成する。

バッテリ電圧検出部１１０（バッテリ電圧検出手段）は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、バッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてロードダンプなどの高電圧サージの発生を検出する。

動作検出部１２０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＢ−Ｃ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７０の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５０の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５０の制御や故障検知を行う。

動作検出部１３０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＣ−Ｄ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７２の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５１の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５１の制御や故障検知を行う。

動作検出部１４０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、保護用に用いられるＭＯＳトランジスタ５２のソース・ドレイン間電圧（図２、図３のＡ−Ｂ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて、ドライバ１７４の駆動状態に対応するＭＯＳトランジスタ５２の動作状態を監視し、適宜ＭＯＳトランジスタ５２の制御や故障検知を行う。

温度検出部１５０は、定電流源、ダイオード、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、温度によって変化するダイオードの順方向電圧降下に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいて整流器モジュール５Ｘの温度、特に発熱量が大きいＭＯＳトランジスタ５０、５１、５２の温度を検出する。この温度検出部１５０が温度検出手段に対応する。

電流検出部１６０は、差動増幅器とその出力をデジタルデータに変換するアナログ−デジタル変換器（ＡＤ）によって構成されており、電流検出素子５３（例えば抵抗）の両端電圧（図２、図３のＤ−ＧＮＤ端子間電圧）に対応するデータを出力する。制御部１００は、このデータに基づいてローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間に流れる電流を検出する。

通信回路１８０は、発電制御装置７と同様の通信手段であって、発電制御装置７とＥＣＵ８の間を接続する通信端子および通信線に共通に接続されており、発電制御装置７やＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（例えば、ＬＩＮプロトコルを用いたＬＩＮ通信）を行い、通信メッセージを送信あるいは受信する。なお、図１に示す構成では、整流器モジュール５Ｘ等に含まれる各通信回路１８０と、発電制御装置７やＥＣＵ８との間を接続する通信線については図示が省略されている。

例えば、通信頻度として、１通信あたり２０ｍｓ程度でＥＣＵ８との間で通信メッセージを送受信しているような場合を考えると、１秒間に５０回の通信を行うことができる。したがって、本実施形態において６個の通信モジュール５Ｘ等を追加してそのための通信メッセージの送受信が増加しても、発電制御装置７とＥＣＵ８との間で発電状態を含む通信メッセージやダイアグ情報等の通信メッセージの送受信を行う発電制御に支障はないといえる。

図４は、発電制御装置７のＦ端子と各整流器モジュール５Ｘ等との接続形態を示す図である。各整流器モジュール５Ｘ等は、制御回路５４内の電源回路１０２が接続されたＦ端子を有しており、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの各Ｆ端子と発電制御装置７のＦ端子とが共通のＦ端子バスを介して相互に接続されている。

図５は、発電制御装置７の構成を示す図である。図５に示すように、発電制御装置７は、ＭＯＳトランジスタ２０１、環流ダイオード２０２、抵抗２０３、２０４、電圧制御回路２０５、発電検出回路２０６、通信制御回路２０７、電源回路２０８を備えている。

ＭＯＳトランジスタ２０１は、Ｆ端子を介して界磁巻線４に直列に接続されたスイッチング素子であり、オン状態のときに界磁巻線４に励磁電流が流れる。環流ダイオード２０２は、界磁巻線４に並列に接続されており、ＭＯＳトランジスタ２０１がオフ状態のときに励磁電流を環流させる。

抵抗２０３、２０４は分圧回路を構成しており、車両用発電機１の出力電圧（発電電圧）をこの分圧回路で分圧した電圧が電圧制御回路２０５に印加される。電圧制御回路２０５は、この分圧回路から印加される電圧に基づいて車両用発電機１の発電電圧を検出し、この発電電圧が調整電圧設定値になるよう車両用発電機１の励磁電流を制御する。例えば、電圧制御回路２０５は、調整電圧設定値と発電電圧との差に比例したオンデューティを有するＰＷＭ信号を出力する。このＰＷＭ信号は、ＭＯＳトランジスタ２０１に入力され、ＭＯＳトランジスタ２０１がオンオフ制御される。

発電検出回路２０６は、固定子巻線２、３のいずれかの相電圧に基づいて車両用発電機１の発電開始あるいは発電終了を判定する。例えば、発電検出回路２０６は、Ｐ端子を介して固定子巻線２のＸ相巻線が接続されており、このＰ端子に印加される電圧（相電圧）の周波数が発電検出用基準電圧を超えたときに発電が開始された旨の判定を行い、反対に、この相電圧の周波数が発電検出用基準電圧以下に低下したときに発電が終了した旨の判定を行う。あるいは、発電検出回路２０６は、相電圧のピーク値が別の発電検出用基準電圧を超えたときに発電が開始された旨の判定を行い、反対に、このピーク値が発電検出用基準電圧以下に低下したときに発電が終了した旨の判定を行うようにしてもよい。発電検出回路２０６は、発電開始／終了の判定を示す発電検出信号を電源回路２０８に向けて出力する。例えば、発電開始判定後に発電検出信号がハイレベルに設定され、それ以前あるいは発電終了判定後に発電検出信号がローレベルに設定される。

通信制御回路２０７は、Ｌ端子を介して整流器モジュール５Ｘ等やＥＣＵ８との間で双方向のシリアル通信（ＬＩＮ通信）を行う。

電源回路（第２の電源回路）２０８は、発電検出回路２０６から出力される発電検出信号がハイレベルのときに動作電圧を生成し、電圧制御回路２０５等の発電制御装置７の各部への動作電圧を供給を行う。なお、発電検出回路２０６は、電源回路２０８によって動作電圧の生成が開始される前に動作を開始する必要があるため、イグニッションキーがオンされた後に動作可能にバッテリ９との結線がなされている。また、動作電圧が供給されて電圧制御回路２０５が動作を開始する前であっても、回転子の界磁極には残留磁化が残るため、車両用発電機１が回転を開始すると所定の相電圧が現れるため、発電検出回路２０６による検出が可能となる。なお、ＥＣＵ８から発電制御装置７に向けて発電開始を指示する通信メッセージを送信し、通信制御回路２０７でこのメッセージを受信したときに発電開始指示信号を電源回路２０８に向けて出力し、この発電開始指示信号に応じて電源回路２０８による動作電圧の生成動作を開始するようにしてもよい。

図６は、整流器モジュール５Ｘ等の起動タイミングを示すタイミング図である。図６において、「ＯＦＦ」はエンジン、車両用発電機１、整流器モジュール５Ｘ等が非稼働状態にあることを示し、「ＯＮ」はこれらが稼働状態にあることを示している。図６に示すように、エンジンが始動された後に車両用発電機１が発電を開始する。その後、発電検出回路２０６による発電検出が行われて電源回路２０８による動作電圧の供給が開始された後にＦ端子の電位が上昇し、このＦ端子の電位上昇を受けて、整流器モジュール５Ｘ等が起動されることになる。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、発電制御装置７が動作を開始してＦ端子から界磁巻線４に励磁電流の供給が開始された後に各整流器モジュール５Ｘ等を起動することにより、発電状態が安定してから各整流器モジュール５Ｘ等の制御動作を開始することができるため、整流器モジュール５Ｘ等に含まれるＭＯＳトランジスタ５０等の制御（オン／オフタイミングの設定動作）を安定させることができる。

また、整流器モジュール５Ｘ等は、Ｆ端子から出力される信号に基づいて動作電圧の生成を開始あるいは停止する電源回路１０２を有し、制御回路５４は、この電源回路１０２によって生成された動作電圧に基づいて制御動作を行っているため、発電開始前の状態において整流器モジュール５Ｘ等で消費される電力を低減することが可能となる。

また、発電制御装置７は、相電圧に基づいて発電の開始および停止を判定する発電検出回路２０６と、発電状態にあると判定されたときに動作電圧を生成する電源回路２０８と、電源回路２０８によって生成された動作電圧によって動作してＭＯＳトランジスタ２０１を駆動する電圧制御回路２０５とを備えることにより、発電を検出してから励磁電流の供給を開始することができ、確実に、回転が安定した状態で整流器モジュール５Ｘ等を起動することができる。

また、６つの整流器モジュール５Ｘ等の全てをＦ端子に接続することにより、これら６つの整流器モジュール５Ｘ等を同じ構成とすることができるため、部品の共用化によるコスト低減を図ることができるとともに、部品の誤組付を防止することによる高品質化が可能となる。

ところで、上述した例では、６つの整流器モジュール５Ｘ等の全てがＦ端子に接続されている場合について説明したが、発電制御装置７と整流器モジュール５Ｘ等との接続形態や整流器モジュール５Ｘ等の起動タイミングについては各種の変形例が考えられる。

（変形例１）
図７は、発電制御装置７と整流器モジュール５Ｘ等との間の接続形態の変形例を示す図である。図７に示す例では、６つの整流器モジュール５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗの中で整流器モジュール５Ｘのみ（他の整流器モジュールでもよい）がＦ端子に接続されており、整流器モジュール５Ｘに含まれる制御回路によって制御動作の開始および停止を判定した結果を他の整流器モジュール５Ｙ等の制御回路に通知し、他の整流器モジュール５Ｙ等に含まれる制御回路は、整流器モジュール５Ｘから通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行う。

図８は、図７に示す接続形態に対応する整流器モジュール５Ｘに含まれる制御回路５４Ａの部分的な構成を示す図である。この制御回路５４Ａでは、電源回路１０２によって動作電圧が生成されたときに（動作電圧の生成開始／終了が制御回路５４Ａの制御開始／終了に対応している）、ドライバ１０３が動作してＦ’端子からハイレベルの信号を出力する。このＦ’端子は、他の整流器モジュール５Ｙ等のＦ端子に接続されている。このため、整流器モジュール５Ｙ等では、整流器モジュール５ＸのＦ’端子の電圧を監視することにより、制御動作の開始／停止を判定することができる。なお、上位の整流器モジュール５ＸのＦ’端子と他の整流器モジュール５Ｙ等のＦ端子との間ではデジタル信号の送受信が行われる。

このように、制御動作の開始／停止を判定する上位の整流器モジュール５Ｘ以外の下位の他の整流器モジュール５Ｙ等では、受信した通知（Ｆ’端子から出力される信号）に応じて起動等を行えばよいため、同時に起動／停止を行うことができる。また、複数の整流器モジュール５Ｙ等の起動／停止のタイミングを合わせることにより、一部の整流器モジュールのみが先に起動されることがなくなるため、無駄な消費電力を低減することができる。

（変形例２）
図９は、発電制御装置７と整流器モジュール５Ｘ等との間の接続形態の他の変形例を示す図である。図７に示した接続形態では、１つの整流器モジュール５Ｘのみを上位の整流器モジュールに設定して発電制御装置７のＦ端子に接続したが、図９に示した接続形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれについて、別々に上位の整流器モジュール５Ｘ、６Ｕを設定し、他の整流器モジュールを同じ整流器モジュール群の上位の整流器モジュールのＦ’端子に接続している。

２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれ毎に各整流器モジュール５Ｘ等の起動が行われるため、いずれかの整流器モジュール群５あるいは６に含まれる上位の整流器モジュール５Ｘや６Ｕが故障した場合であっても、他の整流器モジュール群を用いて通常の制御動作を継続することができ、車両用発電機１の信頼性を向上させることができる。

（変形例３）
図１０は、発電制御装置７と整流器モジュール５Ｘ等との間の接続形態の他の変形例を示す図である。図１０に示した接続形態は、図７に示した接続形態に対して、各整流器モジュール５Ｘ等を相互に接続して信号を相互に送受信可能な通信線を追加した点が異なっている。図１１は、図１０に示す接続形態に対応する整流器モジュール５Ｘに含まれる制御回路５４Ｂの部分的な構成を示す図である。この制御回路５４Ｂは、図８に示した制御回路５４Ａに受信部１０４を追加したものである。受信部１０４は、ドライバ１０３が接続されたＦ’端子に共通に接続されている。各整流器モジュール５Ｘ等では、電源回路１０２によって動作電圧が生成されたときに（動作電圧の生成開始／終了が制御回路５４Ｂの制御開始／終了に対応している）、ドライバ１０３が動作してＦ’端子からハイレベルの信号を出力する。このＦ’端子は、他の整流器モジュールのＦ’端子と共通に接続されている。受信部１０４は、Ｆ’端子を監視しており、他の整流器モジュールのＦ’端子から制御動作の開始を通知するための信号を受信したときにその旨の通知を電源回路１０２に送る。電源回路１０２では、この通知に応じて動作電圧の生成を開始する。すなわち、最先の制御動作を開始する整流器モジュールに含まれる電源回路１０２は、Ｆ端子の電圧に基づいて動作電圧の生成を開始し、その他の整流器モジュールに含まれる電源回路１０２は、Ｆ’端子の電圧に基づいて動作電圧の生成を開始する。

最先に制御動作の開始／停止を判定する整流器モジュール以外の他の整流器モジュールではこの最先の整流器モジュールの起動タイミングに合わせて起動を行うことが可能となるため、全ての整流器モジュールについて同時に起動／停止を行うことが可能となる。また、複数の整流器モジュールの起動／停止のタイミングを合わせることにより、一部の整流器モジュールのみが先に起動されることがなくなるため、無駄な消費電力を低減することができる。さらに、各整流器モジュールを同じ構成とすることができるため、部品の共用化によるコスト低減を図ることができるとともに、部品の誤組付を防止することによる高品質化が可能となる。

（変形例４）
図１２は、発電制御装置７と整流器モジュール５Ｘ等との間の接続形態の他の変形例を示す図である。図１２に示した接続形態では、図７に示した接続形態に対して、発電制御装置７と各整流器モジュール５Ｘ等との間に、Ｆ端子から出力される信号に基づいて各整流器モジュール５Ｘ等に含まれる制御回路５４による制御動作の開始および停止を判定し、その判定結果を各整流器モジュール５Ｘ等のそれぞれに通知する制御動作判定回路１４（制御動作判定手段）を挿入した点が異なっている。この制御動作判定回路１４は、Ｆ端子を監視し、発電制御装置７のＦ端子から出力される信号に基づいて各整流器モジュール５Ｘ等の起動／停止タイミングを判定する。この判定動作は、図７に示した各整流器モジュール５Ｘ等に含まれる電源回路１０２において行っていた判定動作と同じである。判定結果は、各整流器モジュール５Ｘ等のＦ端子に並行して送られる。

このように、制御動作判定回路１４を追加することにより、全ての整流器モジュール５Ｘ等に対して同時に起動／停止を行うことが可能となる。また、全ての整流器モジュール５Ｘ等の起動／停止のタイミングを合わせることにより、一部の整流器モジュールのみが先に起動されることがなくなるため、無駄な消費電力を低減することができる。さらに、各整流器モジュールを同じ構成とすることができるため、部品の共用化によるコスト低減を図ることができるとともに、部品の誤組付を防止することによる高品質化が可能となる。

（変形例５）
図１３は、発電制御装置７と整流器モジュール５Ｘ等との間の接続形態の他の変形例を示す図である。図１２に示した接続形態では、１つの制御動作判定回路１４を発電制御装置７のＦ端子に接続したが、図１３に示した接続形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれについて、別々に制御動作判定回路１４を設け、これら２つの制御動作判定回路１４を別々に発電制御装置７のＦ端子に接続している。

２つの整流器モジュール群５、６に対応する２つの制御動作判定回路１４のそれぞれにおいて各整流器モジュール５Ｘ等の起動／停止の判定が行われるため、いずれかの整流器モジュール群に対応する制御動作判定回路１４が故障した場合であっても、他の整流器モジュール群を用いて通常の制御動作を継続することができ、車両用発電機１の信頼性を向上させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つの固定子巻線２、３と２つの整流器モジュール群５、６を備えるようにしたが、一方の固定子巻線２と一方の整流器モジュール群５を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。また、上述した実施形態では、Ｙ結線された２つの固定子巻線２、３を備えた車両用発電機１について説明したが、Δ結線された固定子巻線を備える車両用発電機についても本発明を適用することができる。

また、上述した実施形態では、図５に示すように界磁巻線４がＦ端子とＥ端子との間に接続された場合について説明したが、界磁巻線４がＦ端子と車両用発電機１の出力端子との間に接続された場合にも本発明を適用することができる。この場合には、各整流器モジュール内の電源回路１０２は、Ｆ端子の電圧と所定の基準電圧とを比較し、Ｆ端子の電圧が基準電圧以下になったときに動作電圧を生成すればよい。

上述したように、本発明によれば、発電制御装置７が動作を開始してＦ端子から界磁巻線４に励磁電流の供給が開始された後に各整流器モジュール５Ｘ等を起動することにより、発電状態が安定してから各整流器モジュール５Ｘ等の制御動作を開始することができるため、整流器モジュール５Ｘ等に含まれるＭＯＳトランジスタ５０、５１の制御を安定させることができる。

１車両用発電機
２、３固定子巻線
４界磁巻線
５、６整流器モジュール群
５Ｘ、５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗ整流器モジュール
７発電制御装置
８ＥＣＵ
９バッテリ
５０、５１、５２、２０１ＭＯＳトランジスタ
５４制御回路
１０２、２０８電源回路
２０５電圧制御回路
２０６発電検出回路
２０７通信制御回路

Claims

回転子の界磁極を磁化させる界磁巻線と、
前記界磁極によって発生する回転磁界によって交流電圧を発生する多相巻線としての固定子巻線を有する固定子と、
前記固定子巻線の複数の出力端子のそれぞれに対応して設けられる複数の整流器モジュールと、
前記界磁巻線に界磁端子を介して直列接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子を断続して前記界磁巻線に流れる励磁電流を制御することにより、前記複数の整流器モジュールの出力電圧を制御する発電制御装置と、を備え、
前記整流器モジュールは、前記出力端子の出力を整流するＭＯＳトランジスタと、このＭＯＳトランジスタのオンオフタイミングを設定する制御回路とを有し、
前記制御回路は、前記スイッチング素子が駆動されて前記界磁端子を通した前記界磁巻線への励磁電流の供給が開始されたタイミングで制御動作を開始し、前記スイッチング素子の駆動が停止して前記界磁端子を通した前記界磁巻線への励磁電流の供給が停止したタイミングで制御動作を停止することを特徴とする車両用発電機。
請求項１において、
前記整流器モジュールは、前記界磁端子から出力される信号に基づいて動作電圧の生成を開始あるいは停止する第１の電源回路を有し、
前記制御回路は、前記第１の電源回路によって生成された動作電圧に基づいて制御動作を行うことを特徴とする車両用発電機。
請求項１または２において、
前記発電制御装置は、
前記固定子巻線に含まれる相電圧に基づいて発電の開始および停止を判定する発電検出回路と、
前記発電検出回路によって発電状態と判定されたときに動作電圧を生成する第２の電源回路と、
前記電源回路によって生成された動作電圧によって動作して前記スイッチング素子を駆動する電圧制御回路と、
を備えることを特徴とする車両用発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記複数の整流器モジュールのそれぞれが前記界磁端子に接続されていることを特徴とする車両用発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記複数の整流器モジュールの中の１つの整流器モジュールが前記界磁端子に接続されており、この１つの整流器モジュールに含まれる前記制御回路によって制御動作の開始および停止を判定した結果を他の整流器モジュールの制御回路に通知し、この他の整流器モジュールに含まれる前記制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことを特徴とする車両用発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記固定子巻線は、複数の多相巻線を有し、
前記複数の整流器モジュールは、前記複数の多相巻線のそれぞれに対応する整流器モジュール群を形成しており、
前記整流器モジュール群毎に、前記複数の整流器モジュールの中の１つの整流器モジュールが前記界磁端子に接続されており、この１つの整流器モジュールに含まれる前記制御回路によって制御動作の開始および停止を判定した結果を他の整流器モジュールの制御回路に通知し、この他の整流器モジュールに含まれる前記制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことを特徴とする車両用発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記複数の整流器モジュールのそれぞれが前記界磁端子に接続されており、
前記複数の整流器モジュールのそれぞれにおいて前記制御回路によって制御動作の開始および停止を判定し、その結果を他の整流器モジュールの制御回路に通知し、この他の整流器モジュールに含まれる前記制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことを特徴とする車両用発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記界磁端子から出力される信号に基づいて、前記整流器モジュールに含まれる前記制御回路による制御動作の開始および停止を判定し、その判定結果を前記複数の整流器モジュールのそれぞれに通知する制御動作判定手段をさらに備え、
前記複数の整流器モジュールに含まれる前記制御回路は、通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことを特徴とする車両用発電機。
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記固定子巻線は、複数の多相巻線を有し、
前記複数の整流器モジュールは、前記複数の多相巻線のそれぞれに対応する整流器モジュール群を形成しており、
前記整流器モジュール群毎に、前記界磁端子から出力される信号に基づいて、前記整流器モジュールに含まれる前記制御回路による制御動作の開始および停止を判定し、その判定結果を前記複数の整流器モジュールのそれぞれに通知する制御動作判定手段をさらに備え、
前記整流器モジュール群毎に、前記複数の整流器モジュールに含まれる前記制御回路は、対応する前記制御動作判定手段から通知された判定結果に基づいて制御動作の開始および停止を行うことを特徴とする車両用発電機。