JPH0132741B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流発電機の界磁制御装置に関するも
ので、特に発電機が所要回転数及び最大定格出力
（電流）以下の運転時は定電圧制御を行い、又最
大定格出力運転時もしくは所定回転数を越えると
出力電流を垂下せしめる機能を備えた界磁制御装
置を提供するものである。以下図面を用いて本発
明を詳細説明する。第１図は本発明の一実施例を
示す回路図で、図において１は三相交流発電機、
２はダイオードＤ１乃至Ｄ６より形成される三相
全波整流器、３は前記整流器２の直流出力により
充電される車載用蓄電池、４は始動スイツチ、５
は前記発電機１の界磁巻線、Ｓは前記発電機１の
界磁巻線５の界磁電流を制御する複合トランジス
タ等のスイツチング素子（以下トランジスタ）Ｄ
７は界磁電流転流用ダイオード、次にＡは前記出
力電圧もしくは蓄電池３の電圧に応じて前記トラ
ンジスタＳを制御する制御回路（第１）で電圧検
出用抵抗Ｒ１，Ｒ２及び定電圧ダイオードDZと、
検出電圧が前記定電圧ダイオードのツエナー電圧
に達すると導通して前記トランジスタＳのベース
の電流を短絡（側路）するように接続されたトラ
ンジスタＱ１等により形成されている。Ｂは前記
トランジスタＳの第２の制御回路で前記整流器２
の一交流入力端子イと直流出力端子ロ間の抵抗
RSを介す出力信号（端子ａ）により動作して端
子ｂ又はｃの電位変化を利用して該トランジスタ
Ｓを制御する。以下第２図イ，ロに示す前記制御
回路Ｂの結線図を用いて説明する。先ず図イはコ
ンデンサＣ１と前記抵抗RSとで徴分回路を形成
し、この徴分出力によりトランジスタＱ２を導通
せしめ、これにより出力端子ｂを介してトランジ
スタＳのベース電流を短絡（側絡）するようにし
た回路図を示し、（なおＲ９はコンデンサＣ１の
放電用抵抗）、又図ロはダイオードＤ８より成り
該抵抗RSを通る出力信号の到来時に端子ｃより
制御信号をトランジスタＱ１のベースに印加せし
め、これにより該制御回路Ａの定電圧ダイオード
DZの不導通状態に係わらず該トランジスタＱ１
を導通せしめて上記同様にトランジスタＳのベー
ス電流を短絡する。次にｃは発電機１の回転数
（出力周波数換算）を検出し、該回転数が所要設
定数以下の時に、前記第２制御回路Ｂの動作を停
止せしめる停止回路で以下第３図に示す結線図を
用いて説明する。先ずトランジスタＱ４は交流入
力端子イの出力が正の半サイクル時において端子
ｄ抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してベース信号が供給され
て導通（ON）する。前記トランジスタＱ４のオ
ン時は整流出力（点ｆ）は抵抗Ｒ５、トランジス
タＱ４を介して流れるためにコンデンサＣ２は充
電されず、トランジスタＱ５は不導通（OFF）
を維持される。つまりトランジスタＱ５は発電機
１の回転数（出力周波数）に応じてオン、オフす
る。一方コンデンサＣ３は該トランジスタＱ５の
オフ時に整流出力（点ｆ）により可変抵抗VRを
介して充電され、該トランジスタＱ５のオン時に
放電回路が形成されて放電する。該コンデンサＣ
３はその充電電圧が定電圧ダイオードDZ２の電
圧以上になると、これを導通せしめてトランジス
タＱ６をオンする。従つて該トランジスタＱ６の
オン時には交流入力端子イの出力は抵抗RS、端
子ｅ及びトランジスタＱ６を介してアースｇされ
るために制御回路Ｂは動作信号が与えられずその
動作を停止する。以上で本発明回路を構成する。
次に動作について第４図、第５図を参照して説明
する。先ず第４図は本発明装置と比較した発電機
１の最大出力特性図で、横軸は回転数Ｎ（r.P.m）
縦軸は出力電流Ａを示すもので、該発電機１は曲
線イに示す如く重負荷時回転数Ｎの上昇に伴い出
力電流Ioが増加し、第４図中点Ｐで示す最大出力
電流に達すると最早回転数Ｎの上昇に係わらず、
ほぼ一定電流になる特性を有するものとする。
（なお、この状態を最大定格運転と称す）又、該
発電機１の出力電流Ioと界磁電流（以下IF）は比
例関係にあるものとする。第５図は本発明装置の
各部動作波形図である。

＜動作 １（設定回転数以下）＞ 発電機１が未発電の状態で始動スイツチ４を閉
成すると蓄電池３の端子電圧が前記制御回路Ａに
印加される。

そしてこの端子電圧が抵抗Ｒ１，Ｒ２によつて
分圧される定電圧ダイオードDZのツエナー電圧
VZに達しない状態では該定電圧ダイオードDZは
導通しない。このためトランジスタＱ１はベース
電流が流れず、非導通状態にある。一方界磁電流
制御用のトランジスタＳは前記トランジスタＱ１
が非導通であれば抵抗RBを介してベース電流が
流れるので、導通状態となる。そして前記トラン
ジスタＳが導通すれば界磁巻線５には界磁電流
IFが流れるので、発電機１は発電可能な状態に
なる。また始動スイツチ４を閉成すれば図示しな
い点火装置を介してエンジンは始動される。エン
ジンが始動し、発電機１が始動すると第５図ａに
示す交流電圧を発生する。（なお第５図ａはＷ相
のみの電圧波形を示す。）そしてこの交流電圧は
整流器２により全波整流されて蓄電池３を充電す
ると共に、図示しない他の負荷に供給される。以
下第１図において制御回路Ｂ及び停止回路Ｃを無
視して説明する。蓄電池３の端子電圧VBは充電
が進むにつれ次第に上昇し、第５図Ｃに示す時間
ｔ２においてツエナー電圧VZに達すると定電圧
ダイオードDZは導通し、トランジスタＱ１も導
通する。（第５図ｄ）一方トランジスタＳは非導
通（第５図ｅ）となり、界磁巻線５の界磁電流
IFは遮断される。（第５図ｌ）この結果発電機１
の出力は低下し、又は、蓄電池３の端子電圧も負
荷給電等により低下し、時間ｔ４において再びツ
エナー電圧VZ以下になると上記と反対にトラン
ジスタＱ１が非導通、トランジスタＳが導通状態
になり、交流出力を増加せしめ、蓄電池３の端子
電圧VBを再び上昇せしめる。このように制御回
路Ａにより蓄電池３の端子電圧を検出することに
より、その電圧の大小によりトランジスタＳを介
して界磁巻線５の電流を断続させて、発電機１の
出力電圧をある一定値に調整する。次に停止回路
Ｃの動作について説明する。先ず発電機１の各相
（UVW）には回転数に比例した交流電圧（第５
図ａ）を生じるが、整流器２の交流入力の一端イ
及び直流出力の一端ロ間には第５図ｂに示す如く
蓄電池３によつてクランプされたほゞ矩形波の出
力電圧が発生する。（なおこの電圧は発電機１の
回転数に比例した周波数をもつ電圧波形である。）
この出力電圧は抵抗Ｒ３，Ｒ４を介してトランジ
スタＱ４に入力される。（第５図ｆ）又、トラン
ジスタＱ５は前記トランジスタＱ４のオフ時にお
いてコンデンサＣ２が充電される間ｔ１〜ｔ３を
導通する。（第５図ｇ）一方コンデンサＣ３は整
流出力（点ｆ）により可変抵抗VRを介して充電
され、又トランジスタＱ５の導通により放電回路
が形成される。（第５図ｈイ）そして該コンデン
サＣ３の充電電圧が定電圧ダイオードDZ２のツ
エナー電圧（第５図ｈロ）に達するとこの間ｔ５
〜ｔ６トランジスタＱ６は導通する。（第５図ｉ）
つまり発電機１の回転数が少く端子イ，ロ間の出
力周波数が低い期間はトランジスタＱ４のオン期
間が長く、トランジスタＱ５のオン期間は短いた
めにコンデンサＣ３の充電期間ｔ３〜ｔ６が長く
なり、該コンデンサＣ３の充電電圧は常に定電圧
ダイオードDZ２のツエナー電圧ロを越える結果
この間トランジスタＱ６は導通状態を維持され
る。従つてこの間ｔ５〜ｔ６端子イ，ロ間の出力
電圧は抵抗RS及びトランジスタＱ６を介して接
地されるために制御回路Ｂは動作停止状態にな
り、発電機１は制御回路Ａにより設定された出力
電圧運転を行う。

＜動作 ２＞ 車載用機器等の使用電力が増加し、又発電機１
が第４図点ｐに示す最大出力電流状態に達する
と、該出力電流は飽和状態に達し、最早回転数の
増加に係わらず増加できない。この最大出力電流
状態に達した時の該発電機１の回転数を設定回転
数No.とする。この状態に至ると蓄電池３の端子電
圧VBは最早定電圧ダイオードDZのツエナー電圧
VZに達せず、トランジスタＱ１は非導通状態を
維持する。（第５図ｄ）そこで制御回路Ｂ及び停
止回路Ｃを無視するとこの間トランジスタＳは導
通状態を継続する。（第５図ｅ）このため界磁巻
線５は第５図ｌ点線部の如く時間ｔ７以降電流を
流し続け、発電機１の最大定格運転を維持せしめ
る。つまり発電機１は回転数の増加に係わらず出
力電流はほゞ一定であり、又蓄電池３の端子電圧
も増加できないためトランジスタＳは閉回路のみ
を形成する結果、図示しないエンジン等を介し、
発電機１の温度が上昇し、これにより該発電機１
或は整流器等の回路部品が熱的破壊を惹起する危
険に晒される。一方停止回路Ｃにおいては発電機
１が設定回転数No.に達するとトランジスタＱ５の
オン、オフ繰返し周期が短くなるためコンデンサ
Ｃ３の充電電圧は最早定電圧ダイオードDZ２の
ツエナー電圧に達せず（第５図ｈイ）トランジス
タＱ６は不導通状態を維持する結果、抵抗RSの
両端は該トランジスタＱ６による短絡状態を開放
されて制御回路Ｂに端子イ，ロ間の出力電圧（第
５図ｂ）を入力する。以下制御回路Ｂの動作につ
いて説明する。先ず第２図イに示す制御回路を用
いた例について説明する。この出力電圧は抵抗
RS及びコンデンサＣ１の微分回路に回転数検出
信号として入力され、第５図ｊに示すように時間
ｔ７〜ｔ８，ｔ９〜ｔ１０，ｔ１１〜ｔ１２）の
間微分電流がトランジスタＱ２のベースに流れ、
この間第３図ｋの如く導通状態になる。該トラン
ジスタＱ２が導通するとトランジスタＱ１の非導
通状態に係わらず、抵抗RBを介すトランジスタ
Ｓのベース電流を端子ｂにより短絡（側路）する
ため、この間該トランジスタＳは第５図ｅに示す
点線の如く非導通になり、界磁電流は遮断されダ
イオードＤ７に転流する。（第５図ｌ）に従つて
発電機１の出力電流は設定回転数以上は第４図点
線ロに示す如く垂下されることになる。そこで今
コンデンサＣ１の充電時定数を設定し、該発電機
１の回転数に係わりなくトランジスタＱ２の導通
時間（第５図時間ｔ７〜ｔ８etc）を一定になる
如く設定する換言すれば、回転数の増加に伴う発
電機１の出力周波数の増加に係わらず各サイクル
時のトランジスタＱ２の導通時間、即ちトランジ
スタＳの非導通時間を一定に設定すると高速回転
に比例して、上記トランジスタＳの非導通時間の
割合が増加し、本発明装置の特性曲線（第４図
ロ）に示す如く出力電流の垂下量は該発電機１の
回転数の増加に比例して大きくなる。因みに第４
図において発電機１の回転数No＝3000rpmにお
いて最大定格出力運転（100％）とし、4000rpm
時において出力電流を15％垂下運転する如く設定
すれば8000rpmにおいては26％（4000rpm／60sec× 15／8000／60sec）垂下する。このように最大定格出力 運転時は、発電機の回転数に応じて出力電流の垂
下量を調整できるので、発電機の発熱を抑制して
安全運転を可能にする。なお、抵抗RS及びコン
デンサＣ１の定数を調整すれば垂下量を任意に制
御できる。次に第２図ロに示す制御回路を使用す
る場合には整流出力電圧（端子イ，ロ間）が発生
する期間ダイオードＤ８を介してトランジスタＱ
１を導通せしめ（第５図ｄ点線）これによつてト
ランジスタＳを不導通にして界磁電流IFを遮断
する結果、該発電機１の回転数が設定数NOを越
えること該回転数の上昇に係わらずほゞ50％の出
力電流垂下運転を行う。（第４図曲線ハ）なお、
曲線ハは設定回転数をNO′に設定した例を示して
いる。以上の説明から明らかなように、本発明に
よれば発電機が設定回転数以上（最大定格出力運
転時）には、出力電流の垂下量を調整できるの
で、発熱量を抑制した安全運転が可能であり、又
設定回転数に達するまでは、出力電圧或は蓄電池
の端子電圧を一定値に調整できる等、特に車載用
発電機の制御用として好適できる等、実用上の効
果は極めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例回路図、第２図イ，
ロ及び第３図は本発明に適用する制御回路Ｂ及び
停止回路Ｃの夫々結線図、第４図は本発明装置と
比較した発電機の出力特性図、第５図は本発明装
置の各部動作波形図である。図において１は三相
交流発電機、５はその界磁巻線、２は三相全波整
流器、イ，ロはその交流入力端子及び直流出力端
子、３は蓄電池、４は始動スイツチ、Ｓはスイツ
チング素子、Ａは制御回路、Ｒ１，Ｒ２は電圧検
出抵抗、DZは定電圧ダイオード、Ｑ１はトラン
ジスタ、Ｂは制御回路（第２）、Ｃ１はコンデン
サ、Ｑ２はトランジスタ、Ｄ８はダイオード、Ｃ
は停止回路、Ｑ４，Ｑ５，Ｑ６はトランジスタ、
Ｃ２，Ｃ３はコンデンサ、VRは可変抵抗、DZ２
は定電圧ダイオード、RSは抵抗である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流発電機の出力電圧により整流器を通して
   充電される蓄電池と、前記発電機の界磁電流を制
   御するスイツチング素子と、前記出力電圧もしく
   は蓄電池電圧に応じて前記スイツチング素子を制
   御せしめる第１制御回路と、該整流器の一交流入
   力端子及び前記第１制御回路との間に抵抗を介し
   て動作信号が与えられて動作する前記スイツチン
   グ素子の第２の制御回路と、前記抵抗の両端に接
   続され、且つ前記発電機の出力周波数に基づく回
   転数が所定数以下の時、前記動作信号が短絡（側
   路）せしめて前記第２制御回路の動作を停止せし
   める停止回路を備え、該発電機の回転数が所定数
   以下の時には前記第１制御回路により該スイツチ
   ング素子を制御して出力定電圧運転を行い、又該
   所定数以上は前記第２制御回路により該スイツチ
   ング素子を制御して出力電流垂下運転を行うよう
   にしたことを特徴とする交流発電機の界磁制御装
   置。