JPH0265700A - 自動車用発電装置の過大電圧防止回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、自動車のエンジンを駆動源として商用交流電
源を得る自動車用発電装置に用いられる過大電圧防止回
路に関し、特に発電機の界磁コイルに流される界磁電流
を制御するための制御用トランジスタの故障時に発生す
る過大電圧を防ぐ自動車用発電装置の過大電圧防止回路
に関する。

〈従来の技術） 自動車に搭載されエンジンを駆動源として商用交流電源
を得るよにした自動車用発電装置が、従来より知られて
いる。

この発電装置に用いられる発電機が商用高電圧の三相高
周波出力と、自動車搭載用のバッテリに供給される直流
出力とを共に発生する一軸二系統発ｉｔ機であれば、こ
の発電機から出力されるたとえば１００Ｖの三相高周波
出力が、インバータ部に供給され、このインバータ部に
おいてたとえば１００ｖ、５０Ｈｚの商用交流電源に変
換されて取り出される。また発電機から発生する直流側
出力は、そのまま八ツテリに供給される。

−ヒ記発’ｒｔｌｓ、で発生する二系統の発’＋！出力
は、発電機内の界磁コイルによって規定の発電１を圧番
こ制漏され、この界磁コイルに流される界磁電流は。

発電機内のレギュレータ部によって制御される。

このレギュレータ部には、北記バフテリの両端電圧が発
電検出信号として供給され、界磁コイルに直列に設けら
れた制御用トランジスタが、レギュレータ部によって駆
動されることで、発電検出信号に基づく界Ｂ１１ｔｔ流
の制御が行なわれる。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところで、上記レギュレータ部の制御用トランジスタに
何かの原因で故障が発生し、コレクタとエミー２夕間が
溶着して導通状態となった場合、界磁コイルは通電され
たままの状態となる。

この状態で発電機を回転させると、界磁状態が常に最大
で運転されるので発生する起電力Ｅは定数をＫ、最大界
磁力をΦｍａｔ　、回転数Ｎとすると、 Ｅ＝Ｋ　　φ履ａｘ　　Ｎ で表わされ１回転数Ｎが多いほど高い電圧が出力される
。

自動車用発電装置では大きな負荷が駆動できるよう、通
常自動車に搭載されているオルタネータよりも大容積の
発′屯機を用いており、」二連した故障状態で運転すれ
ば、高速走行時に直流ａ箕で高圧側には１００ＯＶ以上
、低圧側には２０Ｖ以上の過大電力が発生するようにな
る。なお、従来のオルタネータで同様な故障が発生した
としても、その発電容量がバッテリ容量とつり合いを保
って決められているので、危険電圧はたとえばＤＣ１８
■以上にはならないようになってる。

このような過大電圧が発生すると、商用交流出力を得る
高圧側では、上記インバータ内部の素子が高電圧で破壊
されて電気的に導通状態となり、インバータ部の出力端
子に接続されるたとえばＡＣｌｏｏＶの機器に過大電圧
が印加されて、機器を焼損させたり、火災発生の原因と
なる。

また、バッテリ供給用の低圧側では、土、述の過大電圧
によって１！装品が故障したり、この過大電圧が直接バ
ー、テリに印加されることで、ノ＜ツテリへの充電電流
が大幅に増え、供給電線の焼損による車両火災発生の原
因となる。

そこで１本発明はこのような従来の課題を解決するため
に提案されたものであり、界磁電流を制御する制御用ト
ランジスタが故障しても過大電圧の発生を防止できる自
動車用発電装置の過大電圧防止回路を提供することを目
的とする。

従来は、このような過大電圧に対して何ら対策された奥
側はない。

（課題を解決するための手段〉 この目的を連成するために本発明による自動車用）Ａ電
装置の過大電圧防止回路は、自動車内に２エンジンによ
り駆動される発電機と、この発電機の発電出力を商用周
波数の交流出力に変換するインバータ部と、上記発電機
の界磁コイルに直列に設けた制御用トランジスタによっ
て界磁電流を制御し該発電機の発電電圧を一定に調整す
るレギュレータ部とを備えた自動車用発電装置において
。

、上記界磁コイルに並列に短絡回路を接続し七記発７ｔ
ｔ機の発？１１電圧を検出してこの発電電圧が過大電圧
に達したときに過大′重圧検出信号を出力する電圧検出
回路を設け この゛１１圧検出回路から出力される上記過大電圧検出
信号によって上記短絡回路を動作させて上記界磁コイル
の両端を短絡させることを特徴とする。

〈作　用〉 上述した構成によれば、制御用トランジスタの故障によ
り界磁電流が流れたままとなって発電機から過大゛電圧
が出力されたとしても、電圧検出回路によってこの過大
電圧が検出され、この検出出力に基づき短絡回路が動作
して界磁コイルの両端が短絡される。

これにより界磁コイルに流れていた電流は短絡経路を通
って流れてしまうので、界磁コイルには界磁電流が流れ
なくなるとともに、このときの太きＡ−短Ｍｌ！流によ
って上記制御用トランジスタが破壊されて、電気的に完
全に非導通状態となる。

この制御用トランジスタを故意に破壊することにより、
短Ａ／Ｓ電波が扉続的に流れるのを遮断するとともに、
界磁コイルが電気的に絶縁されてしまうので何ら界磁電
流は流れず、過大電圧の発生が抑圧される。

〈実　施　例〉 以下１本発明の実施例全図面に基づき詳細に説明する。

第１図に自動車用発電装置の概略的な構成を示すように
１発電機ｌは自動車に搭載されるエンジン２によって駆
動され、この発’ｉｔ機ｌで発生する高電圧の三相高周
波出力はインバータ部３で商用周波数の交流出力に変換
される。

またアクセル７クチユエータ４は、インバータ部３の出
力端子５ａ、５ｂに接続される負荷６の変動に応じて、
エンジン２の回転数の制御を行なう。

発電＠１の内部で直流に変換されて出力される低電圧の
直流出力は、自動車搭載用のバッテリ７に供給され、こ
のバッテリ７の端子電圧は、発電検出信号として発電機
１内のインバータ部に供給される。

またこの発電機ｌ内には、本発明に係る過大電圧防止回
路が設けられている。

つぎに、第２図の回路図に基づいて上記自動車発電ＪＡ
置の構成および過大電圧防止回路の構成を、１述する。

」二足発電機１は、−軸二系統タイブ（デュアルボルテ
ージタイプ）の高周波発電機であり、それぞれスター結
線された高圧用および低圧用の２つのステータコイル８
．９が設けられている。なお、この発Ｍ１機１として高
圧用コイルと低圧用コイルを直列した１つのステータコ
イルを備えた構成のものや、ステータコイルがデルタ結
線された構成のものを用いてもよい。

高圧用の上記ステータコイル８に接続されるインバータ
部３は、たとえばｔｏｏｖの三相高周波出力を直流に変
換する整流器１０と、サージ電圧吸収回路１１と、電圧
安定化回路１２と、平滑用コンデンサ１３と、直流を商
用周波数に変換して商用交流出力を取り出すためのスイ
ッチング用のトランジスタ群１４からなる。このインバ
ータ部３の出力端子５ａ、５ｂには、負荷６としてたと
えばＡＣＩ　Ｑ　ＯＶの交：ｔｌ！、機器を接続して使
用することができる。

また、低圧用のステータコイル９で発生する交流出力は
、発電機１内の整流器１５で整流され、パッチリアに供
給されるとともに発に機１の内部の界磁コイル１６に界
磁電流として供給される。

上記した整流器１５は、７ノードが共通して接続されて
接地されているダイオード１５ａ１５ａ、１５ａのそれ
ぞれのカソードに、ダイオード１５ｂ、１５ｂ、１５ｂ
およびダイオード１５ｃ、１５ｃ、１５ｃの７メードを
接続した構成となっており、これら接続点にはステータ
コイル９の各相が接続されている。

共通に接続されたダイオード１５ｂ、１５ｂ。

１５ｂのカソードは、自動車に搭載したパッチリアのプ
ラス端子に接続され、ダイオード１５ｃ。

１５ｃ、１５ｃの各カソードは界磁コイル１６の−ｉに
接続されている。この界磁コイル１６の他端は、レギュ
レータ部１７の制御用トランジスタ１８のコレクタに接
続され、このトランジスタ１８のエミッタは接地されて
いる。なお、界磁コイル１６には誘起された逆起電力を
逃がすためのダイオード１９が並列に接続されている。

バッテリ７のプラス端子は、イグニッションスイッチ２
０．並列抵抗２１を設けたチャージランプ２２とを介し
て、レギュレータ部Ｉ７の電圧検出回路２３および過大
電圧防止回路２４の電圧検出回路２５に接続されており
、パッチリアの端子電圧がこれら電圧検出回路２３．２
５に発電検出信号として供給される。なお、ダイオード
１５ｃ　、１５ｃ　、１５ｃの共通接続されたカソード
もこれら電圧検出回路２３．２５に接続されている。

電圧検出回路２３の検出出力は、駆動回路２６に供給さ
れ、この駆動回路２６の出力が制御用トランジスタ１８
のベースに供本合される。

ここで、エンジン２の回転数が上昇したり負荷６が軽減
すると、発’Ｉｔ機１の発電電圧が上昇するとともにバ
フテリ７の端子電圧も１４Ｖ以」二に一ヒ昇するので、
この電圧上昇が電圧検出回路２３で検出され、制御用ト
ランジスタ１８の動作で界磁コイル１６に流れる界磁′
電流が制限されている。これにより発電機１の発電状態
が制限され。

発電電圧が規定の値に調整されている。また負荷６の増
大などで発電電圧が降下し、バッテリ７の端子電圧が１
４Ｖ以下となった場合は、制御用トランジスタ１８によ
って界ｍ電流が流れるように制御され１発電電圧が規定
値に復帰される。

また、上記界磁コイル１６には、過大電圧防止回路２４
を接続する。この過大電圧防止回路２４は前記した電圧
検出回路２５と、サイリスタ２７と、点弧回路２８とを
有し、界磁コイル１６にはサイリスタ２７が並列に接続
されており、電圧検出回路２５からの過大電圧検出信号
が入力される点弧回路２８の出力端子がこのサイリスタ
２７のゲートに接続されている。このサイリスタ２７は
、過大電圧発生時に界磁コイル１６の両端を短絡させて
しまうものである。サイリスタ２７と点弧回路２８は、
短Ｍ５回路を構成する。

つぎに、このように構成される上記過大電圧防止回路２
４の動作を説明する。

いま、何らかの原因で、上記制御用トランジスタ１８が
故障し、コレクタ、エミッタ間が溶着して、導通するよ
うな不具合が発生したとすると、界磁コイル１６に１±
界磁？ｆｔ流が流れたままとなり、発電機１からは低圧
側、高圧側とも過大電圧が出力されるようになる。

したがって、バッテリ７の端子電圧も犬きく上昇し、電
圧検出回路２５においてバッテリ電圧が危険電圧以上に
至ったことが検出される。電圧検出回路２５からの検出
出力が点弧回路２８に供給されると１点弧回路２８によ
ってサイリスタ２７が点弧され、導通状態となる。

これにより、界磁コイル１６の両端が強制的に短絡され
て、界磁コイル１６には界磁電流が供給されなくなると
ともに、大きな短絡電流によって制御用トランジスタ１
８のコネクタ、エミッタ間の溶着部分が過大に発熱して
破壊され、′＠電気的完全に分解される。

このように制御用トランジスタ１８を故意に破壊し、コ
レクタ、エミッタ間を電気的に分離してしまうと、短絡
電流が継続的に流れるのが遮断されるとともに、界磁コ
イル１６の他端は電気的に絶縁されてしまうので、界磁
電流はまったく流れることはなく、発′？を機ｌから発
生していた過大電圧出力が抑制されるようになる。

したがってインバータ部３の出力端子５ａ。

５ｂに接続される負荷６としての交流機器や。

低圧側の電装品が過大電圧によって故障したり、車両火
災を誘発させるような危険を未然に解消できる。

なお、過大電圧発生時に界磁コイル１６を短絡させるた
めにサイリスタ２７を用いたのは、サイリスタのピーク
オン時における耐電波がトランジスタと比較して極めて
大ぎく、制御用トランジスタ１８と同程度の電流容量を
持つサイリスタ２７であれば、確実にトランジスタ１８
の方が先に破壊されるからである。したがって、サイリ
スタ２７の代わりに電流容量の大きなトランジスタ等の
素子を用いてもよく、またリレーを用いて構成すること
も可能である。

また、上述の実施例では過大電圧防止回路２４を発電機
ｌ内に設けているが　発電機１から分離し、たとえばイ
ンバータ部３が組み込まれるケース内に移設してリード
線で接続すれば、従来のレギュレータをそのまま使用す
ることができる。

また発電機ｌには一軸二系統のデュアルボルテージタイ
プが使用されているが、高圧側のみを出力するシングル
ボルテージタイプの発電機を用いた自動車用発電装置に
も本発明を適用することができる。

〈発明の効果〉 従来は、界磁電流を制御する制御用トランジスタの故障
時にコレクタ、エミッタ間の接合部に溶着が起きても、
界磁コイルが負荷となってυ制御用トランジスタには大
きな電流が流れず、回路が遮断されなかった。したがっ
て１発電機は故障にもかかわらず発電を続けるので１回
転数の増加とともに過大電圧が出力されるという危険が
あった。

本発明によれば、界磁コイルと並列に短絡回路を設けて
、過大電圧検出時にこの短絡回路を動作させて界磁コイ
ルの両端を短絡するようにしたので、このとき流れる大
きな短絡電流によって制御用トランジスタが破壊され、
回路が遮断される。

したがって、界磁コイルには界磁電流がまったく流れな
くなり、過大電圧の発生が抑圧される。

このような本発明による過大電圧防止回路を自動車用発
電装置に用いることにより、従来過大電圧の発生により
インバータ部の出力に接続される交流機器が故障したり
、低圧系統の電装品の故障や車両火災の発生が誘発され
る等の危険を未然に防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る自動車用発電装置の構成を示す概
略的なブロック図、第２図は本発明による一実施例の過
大電圧防止回路を設けた自動車用発電装この回路図であ
る。 １は発電機、２はエンジン、３はインバー９？１Ｒ１７
はバッテリ、８．９はステータコイル、１５は整ＩＩｔ
器、１６は界磁コイル、１７はレギュレータ部、１８は
制御用トランジスタ、２３．２５は電圧検出回路、２４
は過大電圧防止回路、２６は駆動回路、２７はサイリス
タ、２８は点弧回路である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 自動車内に、エンジンにより駆動される発電機と、この
   発電機の発電出力を商用周波数の交流出力に変換するイ
   ンバータ部と、上記発電機の界磁コイルに直列に設けた
   制御用トランジスタによって界磁電流を制御し該発電電
   圧を一定に調整するレギュレータ部とを備えた自動車用
   発電装置において、 上記界磁コイルに並列に短絡回路を接続し、上記発電機
   の発電電圧を検出してこの発電電圧が過大電圧に達した
   ときに過大電圧検出信号を出力する電圧検出回路を設け
   、 この電圧検出回路から出力される上記過大電圧検出信号
   によって上記短絡回路を動作させて上記界磁コイルの両
   端を短絡させることを特徴とする自動車用発電装置の過
   大電圧防止回路。