JP5641448B2

JP5641448B2 - 車両用回転電機

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Publication number: JP5641448B2
Application number: JP2012181994A
Authority: JP
Inventors: 敏典丸山; 誉敏猪口; 明佐香木村; 誠也中西
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-08-21
Filing date: 2012-08-21
Publication date: 2014-12-17
Anticipated expiration: 2032-08-21
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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回転電機に関する。

車両用発電機は、出力端子に接続された充電線を介してバッテリや各種の電気負荷に充電電力や動作電力を供給している。この車両用発電機の発電動作時に出力端子やバッテリ端子が外れると、ロードダンプと称される過渡的な高電圧が発生する。このとき発生する電圧は、出力電流等にもよるが場合によっては１００Ｖ以上に達することがある。このようにして発生する高電圧は、電気負荷や車両用発電機内の各種素子の破損の原因になるため、何らかの対策（ロードダンプ保護）が必要になる。このような対策を行う従来技術としては、例えば車両用発電機のブリッジ回路のローサイド素子をＭＯＳトランジスタで構成し、ロードダンプ発生時に車両用発電機の出力電圧が基準電圧を超えたときに、サージ電圧が発生しないタイミングでこれらのＭＯＳトランジスタをオンすることにより、高電圧の発生を抑制する保護動作を行うようにした車両用発電機が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１２−１６１５８号公報

ところで、上述したようにロードダンプ発生の原因には、出力端子に接続された充電線の一方端が外れる場合と、充電線の他方端がバッテリ端子から外れる場合とが考えられる。バッテリ端子から充電線が外れた場合には、この充電線に他の電気負荷が接続されているとともに充電線自体のインピーダンスもあるため、ロードダンプ発生時の出力電圧の上昇の程度は比較的緩やかになる。特許文献１に開示された車両用発電機では、サージ電圧が発生しないタイミングの到来を待ってＭＯＳトランジスタがオンされるため、充電線に接続された他の電気負荷にサージ電圧が印加されることを防止することができる。

一方、出力端子から充電線が外れた場合には、出力端子に何も電気負荷が接続されていない状態となるため、ロードダンプ発生時の出力電圧の上昇の程度が激しい。したがって、特許文献１に開示された車両用発電機のように、サージ電圧が発生しないタイミングを待っていたのでは車両用発電機の出力端子に過大な電圧が現れる時間が長くなり、ＭＯＳトランジスタの耐圧あるいは発電制御回路部の耐圧を超えて損傷を与えるため、信頼性を低下させるおそれがあ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、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせて信頼性を向上させることができる車両用回転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、本発明の車両用回転電機は、２相以上の相巻線を有する電機子巻線と、ダイオードが並列接続されたスイッチング素子によって構成された複数の下アームを有するブリッジ回路を構成し、電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部と、スイッチング素子のオンオフを制御する制御部と、スイッチング部の出力に並列に接続されたコンデンサと、スイッチング部の出力電圧の増加速度または減少速度を測定する電圧変化監視部と、電圧変化監視部で測定された増加速度または減少速度が所定値よりも小さいときに、第１のロードダンプ保護動作を行い、それ以外のときに、第２のロードダンプ保護動作を行うロードダンプ保護判定部とを備えている。
ロードダンプ保護判定部は、第１のロードダンプ保護動作として、スイッチング部の出力電圧を監視し、出力電圧が第１のしきい値電圧を超えたときに、下アームを構成するスイッチング素子をサージ電圧の発生を抑制するタイミングでオンする指示を制御部に対して行い、第１のしきい値電圧を超えた後に出力電圧が第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、下アームを構成するスイッチング素子をサージ電圧の発生を抑制するタイミングでオフする指示を制御部に対して行う。
また、ロードダンプ保護判定部は、第２のロードダンプ保護動作として、スイッチング部の出力電圧を監視し、出力電圧が第１のしきい値電圧を超えたときに、下アームを構成するスイッチング素子をオンする指示を制御部に対して行い、第１のしきい値電圧を超えた後に出力電圧が第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、下アームを構成するスイッチング素子をオフする指示を制御部に対して行う。
また、上述したサージ電圧の発生を抑制するタイミングは、スイッチング素子の両端電圧が０Ｖよりも低い所定の基準電圧を下回っているときである。

これにより、電気負荷が接続された状態でバッテリ端子外れ等によるロードダンプが発生したときにはサージ電圧の発生を抑制する保護動作を行うことができる。特に、出力電圧の増加速度または減少速度が所定値よりも小さい場合には、サージ電圧の発生を抑制するタイミングを待って保護動作を行ってもそれ程支障はないと考えられ、サージ電圧による電気負荷への悪影響を確実に回避することができる。一方、出力端子外れによるロードダンプが発生したときには出力電圧が急激に上昇するが、サージ電圧抑制のタイミングを待たずに保護動作に入ることができるため、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせて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。界磁制御部の詳細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。ロードダンプ保護判定部の詳細構成を示す図である。出力電圧ＶＢの変化時間を示す図である。出力電圧ＶＢとしきい値電圧判定部による判定結果との関係を示す図である。車両用発電機の相電圧を示す図である。バッテリ端子外れに対応するロードダンプ保護動作の遷移状態を示す図である。ソース・ドレイン電圧Ｖds’と参照電圧Ｖref’との関係を示す図である。出力端子外れに対応するロードダンプ保護動作の遷移状態を示す図である。出力端子外れのロードダンプ発生時の保護動作のタイミング図である。出力端子外れのロードダンプ発生時の保護動作のタイミング図である。出力端子外れのロードダンプ発生時の保護動作のタイミング図である。界磁制御部の変形例を示す図である。

以下、本発明の車両用回転電機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（電機子巻線）２、３、界磁巻線４、２つの整流器モジュール群５、６、界磁制御部７、ツェナーダイオード２０、３０、ダイオード２２を含んで構成されている。２つの整流器モジュール群５、６がスイッチング部に対応する。

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。界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（ブリッジ回路）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（ブリッジ回路）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。

界磁制御部７は、Ｆ端子を介して接続された界磁巻線４に流す界磁電流を整流器モジュール群５、６の出力電圧に応じて制御しており、界磁電流を調整することにより車両用発電機１の出力電圧（各整流器モジュールの出力電圧）Ｖ_Bが調整電圧Ｖreg になるように制御する。例えば、界磁制御部７は、出力電圧Ｖ_B が調整電圧Ｖreg よりも高くなったときに界磁巻線４への界磁電流の供給を停止し、出力電圧Ｖ_Bが調整電圧Ｖreg よりも低くなったときに界磁巻線４に界磁電流の供給を行うことにより、出力電圧Ｖ_Bが調整電圧Ｖreg になるように制御する。また、界磁制御部７は、Ｐ端子に印加される固定子巻線のいずれかの相電圧（例えばＸ相）に基づいて回転子の回転数を検出し、回転停止を検出したときに界磁巻線４へ供給する界磁電流を低減する。具体的には、初期励磁状態に対応した値（例えば２Ａ前後の値）に設定される。さらに、界磁制御部７は、通信端子Ｌ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。

ツェナーダイオード２０は、２つの整流器モジュール群５、６の出力に並列接続されている。具体的には、車両用発電機１の出力端子側がカソード、アース側がアノードとなるようにツェナーダイオード２０が配置されている。また、このツェナーダイオード２０には、車両用発電機１の出力側にバッテリ９が逆接続されたときに流れる電流を阻止する電流制限素子としてのダイオード２２が直列に接続されている。電流を阻止する向きとは、ダイオード２２のアノード側が車両用発電機１の出力端子側となるような向きである。なお、図１では、ダイオード２２が車両用発電機１の出力端子側に配置されているが、ツェナーダイオード２０を車両用発電機１の出力端子側に配置してもよい。

ツェナーダイオード３０は、界磁制御部７のＰ端子とアース間に、Ｐ端子がカソード側となるように接続されている。このようにツェナーダイオード３０を配置することにより、Ｐ端子が接続された固定子巻線のいずれかの相巻線（例えばＸ相）に対応する下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子とこのツェナーダイオード２２が並列接続される。また、上述したツェナーダイオード２０、３０は、スイッチング素子の耐圧や界磁制御部７の耐圧よりも低いツェナー電圧を有している。

図２に示すように、界磁制御部７は、ＭＯＳトランジスタ７１、還流ダイオード７２、抵抗７３、７４、電圧比較回路７５、界磁電流制御回路７６、回転検出回路７７、通信回路７８、電源回路７９、コンデンサ８０を有している。通信回路７８は、ＥＣＵ８との間でシリアル通信を行う。これにより、ＥＣＵ８から送られてくる調整電圧Ｖreg 等のデータを受信することができる。

抵抗７３、７４は、分圧回路を構成し、車両用発電機１の発電電圧（出力電圧）を分圧した電圧を電圧比較回路７５に入力する。電圧比較回路７５は、抵抗７３、７４で分圧された発電電圧と、通信回路７８によって受信した調整電圧Ｖreg に対応する基準電圧とを比較する。例えば、比較結果として、基準電圧の方が発電電圧よりも高い場合にはハイレベルの信号が出力され、反対に発電電圧の方が基準電圧よりも高い場合にはローレベルの信号が出力される。

界磁電流制御回路７６は、電圧比較回路７５の出力（電圧比較結果）に基づいて決定した駆動デューティを有するＰＷＭ信号でＭＯＳトランジスタ７１をオンオフ制御する。なお、出力電流の急激な変動を抑えるために、界磁電流を徐々に変化させる徐励制御等を界磁電流制御回路７６によって行うようにしてもよい。

回転検出回路７７は、Ｐ端子を介して一方の固定子巻線２のＸ相巻線が接続されており、Ｘ相巻線の端部に現れる相電圧Ｖ_Pに基づいて、具体的には、相電圧と回転検出用の基準電圧の大小関係が周期的に変化することを検出して回転検出を行っている。整流器モジュール５Ｘや固定子巻線２などに短絡故障が発生していない正常時には、発電時にＰ端子には所定の振幅を有する相電圧Ｖ_Pが現れるため、この相電圧Ｖ_Pに基づく回転検出が可能となる。

界磁電流制御回路７６は、回転検出回路７７による回転検出結果が入力されており、回転検出中は発電動作に必要な界磁電流を界磁巻線４に供給するために必要なＰＷＭ信号を出力するが、所定時間（あるいは周期）以上回転停止（回転検出不能）状態が継続すると、界磁電流を初期励磁状態に対応した値にするために必要なＰＷＭ信号を出力する。

電源回路７９は、界磁制御部７に含まれる各回路に動作電圧を供給する。コンデンサ８０は、整流器モジュール群５、６の出力端子から侵入するノイズを除去するためのものであり、例えば１μＦ程度の容量を有している。

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。整流器モジュール５Ｘと他の整流器モジュール５Ｙ、５Ｚ、６Ｕ、６Ｖ、６Ｗは同じ構成を有している。以下では、整流器モジュール５Ｘについて詳細を説明する。図３に示すように、整流器モジュール５Ｘは、２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１、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、ドレインが充電線１２を介してを電気負荷１０やバッテリ９の正極端子に接続された上アーム（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、ソースがバッテリ９の負極端子（アース）に接続された下アーム（ローサイド側）のスイッチング素子である。また、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のそれぞれのソース・ドレイン間にはダイオードが並列接続されている。このダイオードはＭＯＳトランジスタ５０、５１の寄生ダイオード（ボディダイオード）によって実現されるが、別部品としてのダイオードをさらに並列接続するようにしてもよい。なお、上アームおよび下アームの少なくとも一方を、ＭＯＳトランジスタ以外のスイッチング素子を用いて構成するようにしてもよい。

図４に示すように、制御回路５４は、制御部１００、電源１０２、バッテリ電圧検出部１１０、動作検出部１２０、１３０、ロードダンプ保護判定部１４０、温度検出部１５０、ドライバ１７０、１７２、通信回路１８０を備えている。

電源１０２は、エンジン始動に伴って固定子巻線２のＸ相巻線に所定の相電圧が発生したときに動作を開始し、制御回路５４に含まれる各素子に動作電圧を供給する。この動作自体は、界磁制御部７において従来から行われている動作と同じであり、同じ技術を用いて実現することができる。

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。

バッテリ電圧検出部１１０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、車両用発電機１の出力端子と充電線１２を介して接続されたバッテリ９の正極端子の電圧に対応するデータを出力する。

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３、図４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３、図４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。

ロードダンプ保護判定部１４０は、車両用発電機１（整流器モジュール群５、６）の出力電圧（Ｂ端子電圧）を監視し、Ｂ端子電圧がロードダンプ発生を判定する第１のしきい値電圧Ｖ１（例えば２０Ｖ）を超えたときに保護動作を開始する指示（保護開始指示）を行い、その後、Ｂ端子電圧がこの保護動作によって低下して第１のしきい値電圧Ｖ１よりも低い第２のしきい値電圧Ｖ２（例えば１６．５Ｖ）を下回ったときに保護動作を停止する指示（保護停止指示）を行う。制御部１００は、ロードダンプ保護判定部１４０による保護開始／保護停止指示等に応じて保護動作や保護動作解除後の整流動作を実行する。ロードダンプ保護判定部１４０の詳細構成および保護動作の詳細については後述する。

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の温度を検出する。

通信回路１８０は、界磁制御部７の通信回路７８と同様の通信手段であって、界磁制御部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、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。

本実施形態の整流器モジュール５Ｘ等はこのような構成を有しており、次に、ロードダンプ発生時の保護動作と、保護動作から通常の発電（整流）状態に復帰する動作の詳細について説明する。

ロードダンプ発生の原因としては、（１）バッテリ９の正極端子から充電線１２が外れたり、大きな電気負荷１０の接続が遮断された場合（以後、「バッテリ端子外れ」と称する）と、（２）車両用発電機１の出力端子から充電線１２が外れる場合（以後、「出力端子外れ」と称する）とが考えられる。（１）の場合には、充電線１２に他の電気負荷１０が接続されている場合を考慮し、ロードダンプ保護動作に起因してサージ電圧が発生しないようにする必要がある。一方、（２）の場合には、充電線１２自体が外れているので電気負荷１０に対するサージ電圧の影響は気にしなくてもよいが、車両用発電機１の出力電圧が急激に上昇するため、速やかに対処する必要がある。このため、本実施形態では、ロードダンプの発生原因が（１）、（２）のいずれであるか切り分けた後に、（１）に対応する第１のロードダンプ保護動作と、（２）に対応する第２のロードダンプ保護動作とを、ロードダンプの発生原因に応じて選択的に実施している。

図５に示すように、ロードダンプ保護判定部１４０は、Ｂ電圧検出部１４１、電圧変化監視部２００、選択回路２０２、２０４、第１の保護動作部２１０、第２の保護動作部２２０を備えている。

Ｂ電圧検出部１４１は、車両用発電機１（整流器モジュール群５、６）の出力電圧（Ｂ端子電圧）ＶＢを検出する。電圧変化監視部２００は、Ｂ電圧検出部１４１によって検出された出力電圧ＶＢの変化速度（増加速度または減少速度）を測定し、この測定した変化速度が所定値よりも小さいか否かを判定する。変化速度が所定値よりも小さい場合には、第１の保護動作部２１０による保護動作を有効にし、変化速度が所定値よりも大きい場合には、第２の保護動作部２２０による保護動作を有効にする。有効となる保護動作部２１０、２２０の選択は、選択回路２０２、２０４によって信号の入力先を切り替えることにより行われる。

電圧変化監視部２００による変化速度が小さいか否かの判定は、出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２から第１のしきい値電圧Ｖ１まで増加するのに要する時間Ｔ１（図６）を測定し、この時間Ｔ１が所定時間（第２の所定時間）以上であるか否かを調べることにより行われる。あるいは、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１から第２のしきい値電圧Ｖ２まで減少するのに要する時間Ｔ２（図６）を測定し、この時間が所定時間（第３の所定時間）以上であるか否かを調べることにより行われる。時間Ｔ１、Ｔ２が所定時間以上の場合とは、出力電圧ＶＢの変化が緩やかであること、すなわち、出力電圧ＶＢの変化速度（増加速度あるいは減少速度）が所定値よりも小さいことを示している。

第１の保護動作部２１０は、ロードダンプの発生原因が（１）の場合（バッテリ端子外れ）に対応して保護動作を行う。このため、第１の保護動作部２１０は、しきい値電圧判定部２１１、ＭＯＳ電圧検出部２１２、通電方向検出部２１３、タイミング判定部２１４、２１５を備えている。

しきい値電圧判定部２１１は、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１よりも高くなったか否か、一旦第１のしきい値電圧Ｖ１より高くなった出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧よりも低くなったか否かを判定する。図７には、出力電圧ＶＢとしきい値電圧判定部２１１による判定結果との関係が示されている。この図７では、横軸は出力電圧ＶＢを、縦軸はしきい値電圧判定部２１１の判定結果をそれぞれ示している。図７に示すように、しきい値電圧判定部２１１は、出力電圧ＶＢが高くなって第１のしきい値電圧Ｖ１としての２０Ｖを超えたときに、出力をローレベル（Ｌ）からハイレベル（Ｈ）に切り替える。また、一旦２０Ｖを超えた出力電圧ＶＢが低くなって第２のしきい値電圧Ｖ２としての１６．５Ｖよりも低くなったときに、出力をハイレベルからローレベルに切り替える。

ＭＯＳ電圧検出部２１２は、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Ｖds（図３、図４のＣ−Ｄ端子間電圧）を検出する。通電方向検出部２１３は、ＭＯＳ電圧検出部２１２によって検出されたＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧Ｖdsに基づいて、ＭＯＳトランジスタ５１をオンしたときにソース・ドレイン間に流れる電流の向きを判定する。

バッテリ９の端子電圧をＶbatt、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン時のソース・ドレイン間電圧をαとすると、ロードダンプが発生していない通常時には、例えばＸ相巻線の相電圧ＶｘがＶbatt＋αを超えたときにハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオンされ、相電圧Ｖｘが−αよりも低下したときにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされる同期整流が行われる（図８（Ａ））。

このような状態において、バッテリ端子外れや出力端子外れが生じると、車両用発電機１の固定子巻線２、３の各相電圧が一時的に高くなるロードダンプが発生する（図８（Ｂ））。このときの相電圧Ｖ_LDは、バッテリ９の端子電圧Ｖbattに比べて高くなるため（例えば１００Ｖ以上）、車両用発電機１内の整流器モジュール５Ｘ等や界磁制御部７あるいは各種の電気負荷１０を保護するために、「保護準備」の手順を経た後に保護動作に移行する（図９）。

図９に示す遷移状態において、「整流」はバッテリ端子外れによるロードダンプが発生していない通常時において行われる整流動作を示しており、この状態においてバッテリ端子外れが発生して相電圧が２０Ｖを超えたときに（定格電圧１２Ｖの鉛蓄電池をバッテリ９として用いる場合を想定している）、「保護準備」の手順に移行する。この保護準備とは、保護動作に入る最適なタイミングを判定する動作であり、保護動作に入る際のサージ電圧の発生を抑えることができるタイミングに合わせて制御部１００に対して保護開始指示が行われる。

本実施形態では、ロードダンプ発生時に相電圧が２０Ｖを超えると、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされ、同時に、ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオフされて保護動作が実施される。その後、ロードダンプ発生に伴う高電圧が解消するまで、これらのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフ状態が継続される。この保護動作中は、相電圧は、図８（Ｂ）にＶｐで示すように、−αから＋αの範囲を推移するようになる。

ところで、図８においてＡで示される範囲では、保護動作移行前はハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオン、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオフされていたため、これら２つのＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフを瞬時に入れ替えると、相巻線に大きなサージ電圧が発生するおそれがある。例えば、実際にはＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフ切り替えタイミングは素子毎にばらつきがあり、オンされていたハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするタイミングのみがわずかに早くなると、相巻線に流れていた電流が瞬断されるため、大きなサージ電圧が発生する。

また、図８においてＢで示される範囲では、相巻線に電流は流れていないが、ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１ではソースとドレインの電位差が大きく、このＭＯＳトランジスタ５１をオンした際に、瞬間的に大きな相電流が発生するため、この相電流の変化に対抗する大きなサージ電圧が発生する。

このように、図８においてＡ、Ｂで示される範囲にあるときに保護動作に入ると大きなサージ電圧の発生を伴うおそれがあるため、本実施形態では、図８においてＣで示される範囲に含まれることを確認した後に保護動作に入るようにしている。「保護準備」では、Ｃで示される範囲にあるときに、保護動作に入る最適なタイミングであると判定している。

一方、バッテリ端子外れによるロードダンプ時に発生した高電圧が解消して保護動作から通常の整流動作に復帰する場合も、同様に間に「復帰準備」の手順を経ている（図９）。具体的には、ロードダンプ発生時に高電圧となった相電圧が再び低下して１６．５Ｖを下回ったときに「復帰準備」の手順に移行する。この復帰準備とは、通常の整流動作に入る最適なタイミングを判定する動作であり、整流動作に入る際のサージ電圧の発生を抑えることができるタイミングに合わせて整流再開指示が行われる。整流再開指示が出されると、制御部１００によってローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオフされ、その後、制御部１００による通常の整流動作（同期整流の制御動作）が行われる。

ところで、保護動作中はローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１が常時オンされており、図８（Ｂ）のＶｐで示される相電圧が発生している。この状態で、ローサイド側のＭＯＳトランジスタをオフするということは、ＡとＢで示された範囲においてはそれまでＭＯＳトランジスタ５１を通して流れていた大きな相電流を瞬断することになるため、大きなサージ電圧が発生する。したがって、本実施形態では、上述した「保護準備」の手順と同様に、図８においてＣで示される範囲に含まれることを確認した後に通常の整流動作に入るようにしている。「復帰準備」では、Ｃで示される範囲にあるときに、整流動作に入る最適なタイミングであると判定している。

ロードダンプ発生時であって保護動作に入る前（ローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンする前）の状態においては、図８においてＡあるいはＢで示す範囲に対応する相電圧Ｖ_LDは、０Ｖ以上となる。したがって、Ｃで示す範囲にあるか否か（ＭＯＳトランジスタ５１をオンしたときに、このＭＯＳトランジスタ５１に並列接続されたダイオードの順方向と反対方向に電流が流れるか否か）を知りたければ、相電圧Ｖ_LD、すなわちＭＯＳトランジスタ５１のソース・ドレイン間電圧Ｖdsが０Ｖよりも低い所定の基準電圧Ｖref を下回ったか否かを調べればよい。ソース・ドレイン間電圧Ｖdsが基準電圧Ｖref よりも低いということは、相電圧Ｖ_LDが図８においてＣに示す範囲にあることを示しており、この場合には、通電方向検出部２１３の出力がハイレベルになる。

実際には、ＭＯＳ電圧検出部２１２において−０．１〜＋０．１Ｖの範囲の電圧を精度よく検出し、通電方向検出部２１３において０Ｖ近傍の参照電圧Ｖref を用いて精度よく電圧比較を行うことは難しい。このため、ＭＯＳ電圧検出部２１２では、検出したソース・ドレイン電圧Ｖdsを所定の利得で増幅して電圧レベルを変換した後の電圧Ｖds’を出力し、通電方向検出部２１３はこの電圧Ｖds’を用いて電圧比較を行っている。

図１０において、縦軸は変換後の電圧Ｖds’を、横軸は変換前のソース・ドレイン電圧Ｖdsをそれぞれ示している。通電方向検出部２１３において電圧比較を行う範囲は−０．１〜＋０．１Ｖの範囲に含まれるソース・ドレイン電圧Ｖdsであるため、この範囲が例えば２０倍に増幅されている。図１０に示す例では、−０．１Ｖが０Ｖに、＋０．１Ｖが＋５Ｖにそれぞれ対応し、その間の電圧が線形的に１対１に対応している。また、ソース・ドレイン電圧Ｖdsが−０．１Ｖよりも低くなった場合、あるいは、＋０．１Ｖよりも高くなった場合には、ＭＯＳ電圧検出部２１２の出力電圧が０Ｖあるいは＋５Ｖにクリップ（固定）されるようになっている。なお、図８においてＣで示される範囲に含まれるタイミングを正確に判定するためには、参照電圧Ｖref’は＋５Ｖに近い値に設定する必要がある。

通電方向検出部２１３は、ＭＯＳ電圧検出部２１２の出力電圧Ｖds’と参照電圧Ｖref’ とを比較し、Ｖds’がＶref’ よりも低い場合に出力をハイレベルにし、高い場合に出力をローレベルにする。

一方のタイミング判定部２１４は、しきい値電圧判定部２１１の出力がローレベルからハイレベルに変化した後、通電方向検出部２１３の出力がハイレベルになったとき、すなわち、ロードダンプ発生に伴って出力電圧ＶＢが２０Ｖよりも高くなり、かつ、図８（Ｂ）においてＣで示す範囲にあると判定されたときに、出力をハイレベルにする。このタイミング判定部２１４のハイレベルの出力が「保護開始指示」に対応しており、この保護開始指示が出力されると、制御部１００は、ドライバ１７０を駆動してハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ドライバ１７２を駆動してローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンすることにより、ロードダンプ発生時の保護動作を開始する。

他方のタイミング判定部２１５は、しきい値電圧判定部２１１の出力がハイレベルからローレベルに変化した後、通電方向検出部２１３の出力がハイレベルになったとき、すなわち、ロードダンプ発生に伴って一旦２０Ｖを超えた出力電圧ＶＢが再び１６．５Ｖよりも低くなり、かつ、図８においてＣで示す範囲にあると判定されたときに、出力をハイレベルにする。このタイミング判定部２１５のハイレベルの出力が「整流再開指示」に対応しており、この整流再開指示が出力されると、制御部１００は、ドライバ１７２を駆動してローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフする。以後、制御部１００は、同期整流の制御動作を再開する。

第２の保護動作部２２０は、ロードダンプの発生原因が（２）の場合（出力端子外れ）に対応して保護動作を行う。このため、第２の保護動作部２２０は、しきい値電圧判定部２２１、保護モード判定部２２５、所定時間信号生成部２２６を備えている。

しきい値電圧判定部２２１は、Ｂ電圧検出部１４１によって検出された出力電圧ＶＢと３つのしきい値Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３との高低を比較し、それぞれの比較結果を出力する。このために、しきい値電圧判定部２２１は、Ｖ１判定部２２２、Ｖ２判定部２２３、Ｖ３判定部２２４を備えている。

Ｖ１判定部２２２は、出力電圧ＶＢと第１のしきい値電圧Ｖ１（例えば２０Ｖ）とを比較し、ＶＢ＞Ｖ１のときにその旨を示す信号（例えばハイレベルの信号）を出力する。Ｖ１判定部２２２の出力は選択回路２０２を介して制御部１００に入力されている。制御部１００は、Ｖ１判定部２２２の出力信号がローレベルからハイレベルに変化してロードダンプの発生が通知されると、ドライバ１７０を駆動してハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ドライバ１７２を駆動してローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンする。これにより、ロードダンプ保護動作が開始され、第１のしきい値電圧Ｖ１を超えた出力電圧ＶＢを低下させることができる。

Ｖ２判定部２２３は、出力電圧ＶＢと第２のしきい値電圧Ｖ２とを比較し、ＶＢ＜Ｖ２のときにその旨を示す信号（例えばハイレベルの信号）を出力する。この第２のしきい値電圧Ｖ２は、ロードダンプ保護動作が開始されて出力電圧ＶＢが低下したことを検出するためのものである。例えば、第２のしきい値電圧Ｖ２は、第１のしきい値電圧Ｖ１（＝２０Ｖ）よいも低い１６．５Ｖに設定されている。

Ｖ２判定部２２３の出力は所定時間信号生成部２２６に入力されている。所定時間信号生成部２２６は、Ｖ２判定部２２３の出力信号がローレベルからハイレベルに変化して出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなったことが通知されると、所定時間（第１の所定時間）の間ハイレベルとなるパルス信号を出力する。このパルス信号は選択回路２０４を介して制御部１００に入力される。制御部１００は、所定時間信号生成部２２６から所定時間ハイレベルとなるパルス信号が入力されると、このパルス信号のハイレベルの期間（所定時間）に合わせてロードダンプ保護動作を中断する。すなわち、制御部１００は、所定時間だけドライバ１７２を駆動してローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオフし（ハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０についてはオフ状態を維持する）、所定時間経過後に再度ドライバ１７２を駆動してローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１をオンする。パルス信号がハイレベルの期間（所定時間）の設定方法の具体例については後述する。

また、Ｖ３判定部２２４は、出力電圧ＶＢと第３のしきい値電圧Ｖ３とを比較し、ＶＢ＜Ｖ３のときにその旨を示す信号（例えばハイレベルの信号）を出力する。この第３のしきい値電圧Ｖ３は、ロードダンプ保護動作の終了タイミングを検出するためのものである。このＶ３判定部２２４による電圧比較動作は、所定時間信号生成部２２６から出力されるパルス信号に対応してローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした直後の出力電圧ＶＢを用いて行われる。ＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした直後のタイミングは制御部１００から指示され、この指示されたタイミングにおいてＶ３判定部２２４による電圧比較動作が行われる。

保護モード判定部２２５は、出力端子外れに対応するロードダンプ保護動作中であるか否かを判定する。具体的には、保護モード判定部２２５は、Ｖ１判定部２２１の出力がハイレベルに変化したときにロードダンプ保護動作が開始された旨の判定を行う。この判定結果はＶ３判定部２２４に送られ、その後、Ｖ３判定部２２４の出力がハイレベルに変化したときに、保護モード判定部２２５は、ロードダンプ保護動作が終了した旨の判定を行う。第３のしきい値電圧Ｖ３としては、第１のしきい値電圧Ｖ１よりも低く、第２のしきい値電圧Ｖ２以上に設定されるが、第２のしきい値電圧Ｖ２と同じであってもよい。この場合には、Ｖ２判定部２２３とＶ３判定部２２４とを共通の構成で実現することができるため、回路構成を簡略化することができる。

図１１に示す状態遷移図において、「整流」はロードダンプが発生していない通常時において行われる整流動作を示している。バッテリ９の端子電圧をＶbatt、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン時のソース・ドレイン間電圧をαとすると、ロードダンプが発生していない通常時には、例えばＸ相巻線の相電圧ＶｘがＶbatt＋αを超えたときにハイサイド側のＭＯＳトランジスタ５０がオンされ、相電圧Ｖｘが−αよりも低下したときにローサイド側のＭＯＳトランジスタ５１がオンされる同期整流が行われる（図８（Ａ）、図１１・Ｓ１）。このようにして同期整流が行われることにより、出力電圧ＶＢが所定の調整電圧Ｖreg （例えば１４．５Ｖ）に制御される。このような同期整流動作と並行して、Ｖ１判定部２２２は、出力電圧ＶＢと第１のしきい値電圧Ｖ１とを比較する動作を行う（図１１・Ｓ２）。

このような状態において、車両用発電機１の出力端子と充電線１２との接続が外れると、車両用発電機１の固定子巻線２、３の各相電圧が一時的に高くなるロードダンプが発生し、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１より高くなるため、Ｖ１判定部２２２は、ロードダンプ保護動作の開始を指示するハイレベルの信号を出力する。制御部１００は、Ｖ１判定部２２２からハイレベルの信号が入力されると、ドライバ１７０を駆動してハイサイド側（上アーム）のＭＯＳトランジスタ５０をオフするとともに、ドライバ１７２を駆動してローサイド側（下アーム）のＭＯＳトランジスタ５１をオンする（図１１・Ｓ３）。

ところで、Ｖ１判定部２２２の出力がハイレベルに変化してから、制御部１００によってドライバ１７２を駆動して実際にＭＯＳトランジスタ５１をオンするまでには、所定の遅れ時間がある。図１２では、この遅れ時間がＴｒで示されている。したがって、Ｖ１判定部２２２の出力がハイレベルに変化してからこの遅れ時間Ｔｒの後にＭＯＳトランジスタ５０がオフされ、ＭＯＳトランジスタ５１がオンされる。ＭＯＳトランジスタ５１がオンされるまでの間に出力電圧ＶＢがさらに上昇するが、車両用発電機１の出力端子にはツェナーダイオード２０が接続されているため、出力電圧ＶＢがツェナーダイオード２０のツェナー電圧に達すると（正確には、出力電圧ＶＢからダイオード２２の順方向電圧を差し引いた電圧がツェナーダイオード２０のツェナー電圧に達すると）、出力電圧ＶＢがその値に維持される。図１２ではこの状態がツェナーダイオード「オン」で示されている。

このようにして下アームのＭＯＳトランジスタ５１がオンされた後は出力電圧ＶＢが低下する。この状態において、Ｖ２判定部２２３は、出力電圧ＶＢと第２のしきい値電圧Ｖ２とを比較する動作を行い（図１１・Ｓ４）、出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２よりも低くなるとその旨を示す信号を所定時間信号生成部２２６に入力する。所定時間信号生成部２２６は、所定時間の間ハイレベルとなるパルス信号を生成して出力する。制御部１００は、パルス信号が入力されると、このパルス信号のハイレベルの期間（所定時間）に合わせて、所定時間だけドライバ１７２を駆動して下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオフし、所定時間経過後に再度ドライバ１７２を駆動して下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオンする（図１１・Ｓ５）。

ところで、所定時間信号生成部２２６からパルス信号を出力してから、制御部１００によってドライバ１７２を駆動して実際にＭＯＳトランジスタ５１をオフし、再度オンするまでには、所定の遅れ時間がある。図１２では、この遅れ時間がＴｒで示されている（ロードダンプ保護動作開始時に遅れ時間と同じＴｒとしたが、これらの遅れ時間は異なっていてもよい）。また、図１２では、ＭＯＳトランジスタ５１をオフする所定時間がＴ０で示されている。その後、Ｖ３判定部２２４は、ＭＯＳトランジスタ５１を所定時間Ｔ０オフした直後の出力電圧ＶＢと第３のしきい値電圧Ｖ３とを比較する動作を行う（図１１・Ｓ６）。

ロードダンプ発生時に固定子に蓄積されたエネルギーが消滅するまでは、下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオフ（このとき上アームのＭＯＳトランジスタ５１もオフされている）すると、並列接続されたダイオードを通して電流が流れるため、出力電圧ＶＢが再び上昇する。このような場合には、ＭＯＳトランジスタ５１を所定時間Ｔ０オフした直後の出力電圧ＶＢが第３のしきい値電圧Ｖ３よりも高くなり、ロードダンプ保護動作が継続される。一方、ロードダンプ発生時に固定子に蓄積されたエネルギーが消滅すると、ＭＯＳトランジスタ５１を所定時間Ｔ０オフした直後の出力電圧ＶＢが第３のしきい値電圧Ｖ３よりも低くなり、制御部１００による通常の整流動作（同期整流）に復帰する。

次に、ロードダンプ保護動作中に下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオフする「所定時間」について説明する。本実施形態では、出力端子外れのロードダンプ保護動作では、下アームのＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした直後の出力電圧ＶＢの値に応じて、その後のＭＯＳトランジスタ５１をオフする所定時間の値を設定している。これにより、ロードダンプ時の出力電圧ＶＢの上昇の程度に応じて、下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオフする適切な時間を設定することができる。また、この場合の所定時間の最小値は、所定の遅れ時間Ｔｒよりも短く設定されている。これにより、出力電圧ＶＢを検出して下アームのＭＯＳトランジスタ５１を再度オンする場合に比べて速やかにＭＯＳトランジスタ５１をオンすることができ、オンするタイミングが遅れることにより出力電圧が上昇してしまうことを防止することができる。具体的には、以下の（１）〜（３）のいずれかの方法により「所定時間」が設定される。

（１）下アームのＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした直後の出力電圧ＶＢの値が第１のしきい値電圧Ｖ１以上である場合に、その後の所定時間Ｔ０を遅れ時間Ｔｒよりも短く設定する（図１２）。これにより、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１を超えたことを検出して下アームのＭＯＳトランジスタ５１を再度オンする場合に比べて、ＭＯＳトランジスタ５１を速やかにオンすることができ、オンするタイミングが遅れることにより出力電圧ＶＢが上昇してしまうことを防止することができる。

（２）下アームのＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした直後の出力電圧ＶＢの値が第１のしきい値電圧Ｖ１以上である場合に、その後の所定時間Ｔ０を、それまでの所定時間Ｔ０の１／２以下に設定する（図１３）。但し、所定時間Ｔ０には下限時間が設定されており、この下限時間を下回る場合には所定時間Ｔ０はこの下限時間に設定される。これにより、下アームのＭＯＳトランジスタ５１を再度オンするタイミングが遅いことを検出してこのタイミングを早くすることができるため、オンするタイミングが遅れることにより出力電圧ＶＢが上昇してしまうことを防止することができる。

（３）下アームのＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした直後の出力電圧ＶＢの値が第１のしきい値電圧Ｖ１と第２のしきい値電圧Ｖ２の間にある場合に、その後の所定時間Ｔ０を、それまでの所定時間Ｔ０の２倍以上に設定する（図１４）。これにより、下アームのＭＯＳトランジスタ５１を再度オンするタイミングが早すぎる場合にこのタイミングを遅くすることができるため、下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオフする十分な時間を確保することができ、出力電圧ＶＢの上昇を確実に抑えることができる。

上述した（１）と（２）はいずれかの方法が選択的に用いられる。また、（３）の方法は、（１）あるいは（２）の方法と組み合わせて用いることができる。

このように、本実施形態の車両用発電機１では、電気負荷１０が接続された状態でバッテリ端子外れ等によるロードダンプが発生したときにはサージ電圧の発生を抑制する第１のロードダンプ保護動作を行うことができる。特に、出力電圧ＶＢの増加速度または減少速度が所定値よりも小さい場合には、サージ電圧の発生を抑制するタイミングを待って保護動作を行ってもそれ程支障はないと考えられ、サージ電圧による電気負荷１０への悪影響を確実に回避することができる。一方、出力端子外れによるロードダンプが発生したときには出力電圧ＶＢが急激に上昇するが、サージ電圧抑制のタイミングを待たずに第２のロードダンプ保護動作に入ることができるため、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせて信頼性を向上させることができる。

また、第１のロードダンプ保護動作においては、下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオンする場合とオフする場合の両方においてサージ電圧の発生を抑制しているため、ロードダンプ保護動作において発生するサージ電圧をなくすことができる。また、第２のロードダンプ保護動作においては、高電圧発生を検出した際に直ちに下アームのＭＯＳトランジスタ５１をオンすることにより、ロードダンプ時の高電圧状態を速やかに終わらせることができる。

第２のロードダンプ保護動作において下アームのＭＯＳトランジスタ５１を一時的にオフする期間を所定時間とすることにより、制御部１００による制御動作の遅れ時間等に起因してＭＯＳトランジスタ５１をオフする期間が必要以上に長くなることを防止し、ロードダンプ保護動作中に出力電圧が過度に上昇することを回避することができる。

さらに、出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１と第２のしきい値電圧Ｖ２の間を増加あるいは減少する時間を測定することにより、複雑な構成を追加することなく、増加速度や減少速度の判定を確実に行うことができる。

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、各整流器モジュール５Ｘ等を用いて整流動作（発電動作）を行う場合について説明したが、ＭＯＳトランジスタ５０、５１のオン／オフタイミングを変更することにより、バッテリ９から印加される直流電流を交流電流に変換して固定子巻線２、３に供給することにより、車両用発電機１に電動動作を行わせるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、２つの整流器モジュール群５、６のそれぞれに３つの整流器モジュールを含ませるようにしたが、整流器モジュールの数は３以外であってもよい。

また、上述した実施形態では、各相巻線に対応させた整流器モジュールを備えて各整流器モジュール毎に同期整流の制御を行うようにしたが、共通の制御装置を用いて同期整流の制御を行う構成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、上アームと下アームの両方にＭＯＳトランジスタを用いたが、下アームのみをＭＯＳトランジスタとし、上アームをダイオードで構成するようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、界磁制御部７の外部に、ツェナーダイオード２０、３０、ダイオード２２を設けたが、図１５に示すように、これら（あるいは一部）を界磁制御部７内に設けるようにしてもよい。これにより、ツェナーダイオード２０、３０やダイオード２２を単体部品として車両用発電機１に実装する必要がなくなるため構成の簡略化が可能となる。また、コンデンサ８０を界磁制御部７内に設けたが、界磁制御部７の外部に設けるようにしてもよい。

また、上述した実施形態では、出力端子外れによるロードダンプ保護動作を第２の保護動作部２２０（図５）を用い、出力電圧ＶＢが第２のしきい値電圧Ｖ２より低くなったときに下アームのＭＯＳトランジスタ５１を所定時間オフした後再度オンするようにしたが、所定時間オフする代わりに、次に出力電圧ＶＢが第１のしきい値電圧Ｖ１に達するまでオフするようにしてもよい。このようなロードダンプ保護動作は、例えば、第１の保護動作部２１０内のしきい値電圧判定部２１１の出力がハイレベルのときにＭＯＳトランジスタ５１をオンすることにより容易に実現することができる。

上述したように、本発明によれば、電気負荷が接続された状態でバッテリ端子外れ等によるロードダンプが発生したときにはサージ電圧の発生を抑制する保護動作を行うことができる。また、出力端子外れによるロードダンプが発生したときには出力電圧が急激に上昇するが、サージ電圧抑制のタイミングを待たずに保護動作に入ることができるため、ロードダンプ時の高電圧発生を迅速に終わらせて信頼性を向上させることができる。

１車両用発電機
２、３固定子巻線
５、６整流器モジュール群
５０、５１ＭＯＳトランジスタ
８０コンデンサ
１００制御部
１４０ロードダンプ保護判定部
２００電圧変化監視部

Claims

２相以上の相巻線を有する電機子巻線（２、３）と、
ダイオードが並列接続されたスイッチング素子（５１）によって構成された複数の下アームを有するブリッジ回路を構成し、前記電機子巻線の誘起電圧を整流するスイッチング部（５、６）と、
前記スイッチング素子のオンオフを制御する制御部（１００）と、
前記スイッチング部の出力に並列に接続されたコンデンサ（８０）と、
前記スイッチング部の出力電圧の増加速度または減少速度を測定する電圧変化監視部（２００）と、
前記電圧変化監視部で測定された前記増加速度または前記減少速度が所定値よりも小さいときに、第１のロードダンプ保護動作を行い、それ以外のときに、第２のロードダンプ保護動作を行うロードダンプ保護判定部（１４０）と、を備え、
前記ロードダンプ保護判定部は、前記第１のロードダンプ保護動作として、前記スイッチング部の出力電圧を監視し、前記出力電圧が第１のしきい値電圧を超えたときに、前記下アームを構成する前記スイッチング素子をサージ電圧の発生を抑制するタイミングでオンする指示を前記制御部に対して行い、前記第１のしきい値電圧を超えた後に前記出力電圧が前記第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、前記下アームを構成する前記スイッチング素子をサージ電圧の発生を抑制するタイミングでオフする指示を前記制御部に対して行い、
前記ロードダンプ保護判定部は、前記第２のロードダンプ保護動作として、前記スイッチング部の出力電圧を監視し、前記出力電圧が第１のしきい値電圧を超えたときに、前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオンする指示を前記制御部に対して行い、前記第１のしきい値電圧を超えた後に前記出力電圧が前記第１のしきい値電圧よりも低い第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、前記下アームを構成する前記スイッチング素子をオフする指示を前記制御部に対して行い、
前記サージ電圧の発生を抑制するタイミングは、前記スイッチング素子の両端電圧が０Ｖよりも低い所定の基準電圧を下回っているときであることを特徴とする車両用回転電機。
請求項１において、
前記ロードダンプ保護判定部は、前記第２のロードダンプ保護動作として、前記出力電圧が前記第２のしきい値電圧よりも低くなったときに、前記下アームを構成する前記スイッチング素子を第１の所定時間のオフの後オンする指示を前記制御部に対して行うことを特徴とする車両用回転電機。
請求項１または２において、
前記電圧変化監視部は、前記スイッチング部の出力電圧が前記第２のしきい値電圧から前記第１のしきい値電圧まで増加するのに要する時間が第２の所定時間以上である場合に、前記増加速度が前記所定値よりも小さいと判定することを特徴とする車両用回転電機。
請求項１〜３のいずれか一項において、
前記電圧変化監視部は、前記スイッチング部の出力電圧が前記第１のしきい値電圧から前記第２のしきい値電圧まで減少するのに要する時間が第３の所定時間以上である場合に、前記減少速度が前記所定値よりも小さいと判定することを特徴とする車両用回転電機。