JPH0337000A - 発電制御装置 - 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〕 本発明は小型の発電制御装置に関わり、特に機関に駆動
される車両等に搭載される発電制御装置に関わる。

Ｃ従来技術］ 従来の機関に［勤される発１ｉ制御装置の一例として車
両用の発電＄制御装置について第５図及び第６図を参照
して説明する。

第５図はこの種の発電８１；制御装置ｆｌＯの全体構成
ブロック図であり、理解を容易にするためこの発電制御
装置の負荷２４．バッテリ４及びキースイッチ５を含ん
で示している。発電１ｆｌｌは車両のエンジンにより回
転され交流電力を発生し９発電機１の端子電圧がバッテ
リ４の端子電圧よりも大きくなるとこの交流電力は整流
スタック２により直流電力に変換された後バッテリ４を
充電すると共に負荷２４に電力を供給する。制御装置３
は主として発電機１に発生する起電力の大きさを所要の
値に制御するレギュレータとして動作する。

第６図に見る如くキースイッチ５の投入を条件として発
電制御装置の出力電圧即ちバッテリ４の端子電圧を検出
し、この値が所定値よりも大きいときは界磁巻線６に流
れる界磁電流をＯとし９反対に所定値よりも小さいとき
は界磁電流を流し。

オンオフ制御するように動作する。この界磁電流の通電
時間の制御により発電制御装置の出力電圧を所定の範囲
に保つ。

発電機のステータ巻線の結線方式としては周知の如く、
第５図に示されているスター結線方式の他にデルタ結線
方式があるが１通常一般の車両では大型車両を除きスタ
ー結線方式が採用されている。この両方式の比較につい
て第２図を参照して説明する。

第２図は、横軸にとった発電機ロータの回転速度と１発
電制御装置から出力可能な最大出力電流との関係を示す
グラフである。このグラフの作成にあたっては界磁電流
を一定にとり、ロータ回転速度の上昇に伴い比例して上
昇する起電力の大きさに拘わらず発電制御設備の出力端
子電圧を一定に保つよう出力電流の値を調節しており、
これにより発電制御設備が出力可能な最大出力電流をロ
ータの回転速度の関数として示したものである。

第２図において曲線Ａ−Ａ’　は発電機のステータ巻線
がスター結線の場合の最大出力電流を示し曲線Ｂ−Ｂ’
はこれがデルタ結線の場合の最大出力電流を示している
。発電機自体の定格、構造はこの結線方式以外は全て同
一であり、現実に車両用に使用されているものである。

［発明が解決しようとする課題１ 例えば乗用車のアイドリング時の回転速度が６００〜７
００ｒｐｍであるとし、且つ発電機ロータの回転速度と
エンジンの回転速度の比（ブーり比）が２．８であると
するとアイドリング時においても十分に発電制御装置か
ら負荷に電力を供給可能とするためには１例えばＬ５０
０ｒｐｍ程度のロータ回転速度においても発電機出力電
圧がバッテリ４の端子電圧を上回るようにする必要があ
り２乗用車に使用する場合Ａ−Ａ’の特性を有するスタ
ー結線方式の発電機を採用しなければならないことが理
解できる。この理由により特に負荷の大きな大型車両の
場合を除き発電機のステータコイルはスター結線とされ
ている。

近年車両の電気負荷が増々大きくなり、従ってこれに搭
載される発電機の容量を大きくすることが望まれている
が、一方では車両重量の低減及び装備品のスペース縮小
も併せて考慮する必要がある。発電機の出力容量を大き
くすることにより。

電気負荷の増大に対処することはコストアップの点ばか
りでなく重量低減及びスペース縮小の要請に反する。

従って本発明は上述の問題点に鑑み、車両等に搭載され
る小型の発電制御装置を改良し１発電機自体の容量を大
きくすることなく、ロータの高中速回転域において大き
な出力電流を供給し２且っ低速回転域においても所要の
出力電流供給能力を有する発電設備を供給することを目
的とする。

［課題を解決するための手段Ｊ 本発明の前記目的はステータ巻線及び界磁巻線を備え機
関に駆動される交流発電機と、整流スタックε、制御装
置と、を備え直流電力を出力する発電制御装置であって
、前記制御装置は、ステータ巻線に後続する主回路の電
流を検出する電流検出手段と、前記発電機のステータ巻
線をスター結線とデルタ結線との間で切換える切換手段
と、前記発電機の界磁電流を制御する手段と、前記電流
検出手段の信号を受け、主回路の電流が第１の設定値以
上に上昇したとき一定時間界磁電流を最小の値に維持す
るための第１遮断信号を発生する手段と、前記第１遮断
信号の発生時間内に前記切換手段に対してスター結線か
らデルタ結線に切換えるための切換信号を発生する手段
と、前記電流検出手段の信号を受は主回路の電流が第１
の設定値よりも小さい第２の設定値以下に下降したとき
。

一定時間界磁電流を最小の値に維持するための第２遮断
信号を発生する手段と、前記第２遮断信号の発生時間内
に前記切換手段に対してデルタ結線からスター結線に切
換えるための切換信号を発生する手段と、を有すること
を特徴とする発電制御装置によって達成される。

主回路電流は整流スタックの前後いずれの電流を検出す
ることもできる。

第２図に示されているようにエンジンの回転数が中速成
いは高速回転域にまで上昇し、従って発電機ロータの回
転速度が図示の８点を越えて上昇すると、スター結線方
式に比してデルタ結線方式の方が出力電流を大きくとれ
、この差が高速域において拡大する。前記の如く車両等
にあってはアイドリング時においても発電制御装置がバ
ッテリを充電できるようにするため、スター結線方式が
採用されているのであるが、この結実現実の走行時には
発電機の発生起電力が高くなり過ぎるため界磁電流を遮
断する時間を長くとり、出力電圧の調節が行なわれてい
る。従ってこの場合発電機及び発電制御装置全体の能力
をフルに利用しているとは言い難い。本発明はこの知見
に基きなされたものである。

［作用］ 低出力電流域においてステータ巻線をスター結線とし、
これによりアイドリング時等の低速回転域においても負
荷への電流の供給を可能とし、高負荷電流域においてス
テータ巻線をデルタ結線とし、これにより高中速回転域
において出力電流を増大させることが可能となる。上昇
時と下降時の間にヒステリシスを設け、上記切換を確実
ならしめる。

信号として主回路の電流のみを検出するが、その信号自
体が負荷設備の大小及びロータ回転速度の大小を併せて
判断したことになる。即ち、低回転速度域においてはた
とえ多く負荷設備が回路に接続されていても２発電機の
最大出力電流がこれに追随できないので、必然的に、第
２図に示されているその回転速度における最大電流以下
に留まる。

［実施例Ｊ 本発明に係る実施例の構成について第１図を参照して説
明する。

なお本発明の全体構成としては従来例において参照した
第５図のブロック図と同様であるのでこの点についての
説明は省略する。

第１図において発電機工の各相のステータ巻線Ｕ、Ｖ、
Ｗは夫々切換接点１３ａ　−１３ｃ　、　１４ａ　〜１
４ｅ　、　１５ａ　〜１５ｃを介してスター（Ｙ）結線
とデルタ　（Δ）結線との間でこれら切換接点を作動さ
せるリレーコイル１Ｂにより切換えられる様接続されて
いる。整流スタック２は１発電機の出力電流供給路の各
線及び中性線用の逆並列ダイオードＤｆａ〜Ｄ　４ａ、
　Ｄ　ｌｂ　−Ｄ　４ｂを備え２周知の方法ニヨリ。

発電機ステータ巻線とバッテリ４及び負荷２４との間に
配され、ステータ巻線から出力電流を供給され、これを
直流に変換した後バッテリ４及び負荷２４にＩＩＩ流電
流を供給する。

発電機出力側の主回路の線電流を検出するために電流検
出部３１の１部をなす貫通型ｃＴｉｅが配され、このＣ
ＴｌＢの２次側巻線１７の一端は抵抗Ｒ１３の一端に接
続され、　ＣＴ及び抵抗Ｒの夫々の他端はアース側に接
続される。

抵抗Ｒ１３のＣＴに接続された一端はダイオードＤ５の
アノード側に接続され、このダイオードＤ５のカソード
側はコンデンサＣ１の一端とコンパレータＣＭＰ２の正
極端子に主回路電流信号として接続される。コンデンサ
Ｃ１の他端はアース側に接続される。コンパレータの負
極端子にはツェナーダイオードＺＤ２によって所定の値
に保たれた電圧が抵抗Ｒ８，Ｒ９によって分圧され。

これが基準電流値となって入力されている。コンパレー
タＣＭＰ　２の動作点にはヒステリシスが設けられてお
り、従ってこの出力をＨレベルとする主回路電流値は電
流の上昇時と下降時においてその値が異なる。コンパレ
ータＣＭＰ　２の出力側端子は抵抗Ｒ２を介して入力側
に正帰還されると共に、界磁電流制御部の一部である２
台のモノステーブルマルチバイブレータＭＭＩ、ＭＭ２
とＹ−Δ切換部の一部となる遅延回路ｔ９の夫々の入力
側に接続される。

遅延回路１９は入力側インバータＩＮ２と、出力側イン
バータＩＮＩと、これらの中間に配されたＣＲ開回路か
ら成る。ＣＲ開回路直列に接続され双方のインバータの
人力及び出力の間に配されたＲ１１．　ＲＩＯと、Ｒ１
１とＲＩＯの接続部に一端が接続され、他端がアース側
に接続されたコンデンサＣ２と、から成る。遅延回路１
９の出力側にはＹ−Δ切換部３３の入力側が接続される
。

Ｙ−Δ切換部はベースが遅延回路の出力側に。

エミッタがアース側に夫々接続される入力側のＮＰＮ　
トランジスタと、このトランジスタのコレクタに一端が
接続され、バッテリの正極に他端が接続されてトランジ
スタに励磁制御されるリレーコイル１８と、リレーコイ
ル１Ｂと並列に接続される雑音防止用のダイオードＤ６
と、リレーコイル１８により切換えられる前述の切換接
点１３ａ　−１３ｃ　。

１４ａ　−１４ｃ　、　　＋５ａ　〜１５ｃと、から成
る。

キースイッチ５を経由したバッテリ正極側Ｐの電圧はま
ず直列に接続され、他端がアースされた抵抗Ｒ１２，Ｒ
４，Ｒ５に付加される。Ｒ１２とＲ４の接続点はアノー
ドがアース側に接続されたツェナーダイオードＺＤ２の
カソード側に接続される。抵抗Ｒ４とＲ５の接続点はコ
ンパレータＣＭＰ　１の正極端子に入力され、これが電
圧検出部３２の基準入力となる。一方コンバレータＣＭ
Ｐ１の負極端子にはバッテリ電圧が抵抗Ｒ６とＲ７で分
圧され発電設備出力電圧信号として入力される。コンパ
レータＣＭＰ　１の出力側は抵抗Ｒ１を介して正極側に
正帰還される。これら゛キースイッチ以降の抵抗、ツェ
ナーダイオード、コンパレータから電圧検出部３２が構
成される。

電圧検出部３２の出力はアンドゲートＡＮＩの一つの人
力となる。アンドゲートＡＮ　１の他の２つの入力側に
は前記二つのモノステーブルマルチバイブレータＭＭＩ
、ＭＭ２の出力が接続される。アンドゲートＡＮＩの出
力は、アノード側が接地されたツェナーダイオードＺＤ
Ｉのカソード側に接続されると共にＭＯＳＦＥＴ）ラン
ジスタＴｒｉのゲートに入力される。このＭＯ８ＦＥＴ
トランジスタＴｒｌのソース側は接地され、ドレイン側
はブラシ７、スリップリング１１を介して界磁コイルの
一端に接続され、この界磁コイルの他端は同様にスリッ
プリング１１′、ブラシ７′を介してバッテリ正極側Ｐ
に接続される。更にＭＯＳ　　ＦＥＴトランジスタＴ　
ｒ　１のドレイン側にはアノード側がアースされたダイ
オードＤ７のカソード側が接続されている。これらアン
ドゲートＡＮ１．モノステーブルマルチバイブレータＭ
Ｍ１．ＭＭ２及びＭＯＳ　　ＦＥＴ）ランジスタＴ　ｒ
　１　＋　ツェナーダイオードＺＤＩが界磁電流制御部
３４を構成する。

次に本実施例装置の動作を第１図と共に第２図、第３図
を参照して説明する。キースイッチ５が投入されるとバ
ッテリ正極側Ｐの電圧が低いのでコンパレータＣＭＰ　
１がＨレベルを出力し。

アンドゲートＡＮ　１の出力は他の２つの入力がＨレベ
ルであることを条件としてＨレベルを出力する。これに
よりＭＯＳ　　ＦＥＴ）ランジスタＴｒｉがＯＮとなり
ブラシ７，７′およびスリップリング１１．１１’を介
して界磁巻線６に界磁電流が供給され、界磁が発生する
。この状態で、エンジンが回転するとそれにつれロータ
も回転するので回転磁界が発生し、ステータコイルＵ、
Ｖ、Ｗに三相の交流起電力が生ずる。この交流起電力は
。

各相のダイオードＤ　ｌａ、　Ｄ　ｌｂ、　Ｄ　２ａ、
　Ｄ　２ｂ。

Ｄ　３ａ、　Ｄ　３ｂ及び中性相のダイオードＤ　４ａ
、　Ｄ　４ｂで整流され、バッテリ４を充電するととも
に分圧された出力電圧信号がコンパレータＣＭＰ　１の
負極端子に印加される。ステータコイルＵ、Ｖ、Ｗに生
ずる起電力は界磁巻線間の回転速度にほぼ比例しテ上昇
するが、コンパレータＣＭＰ　１負極端子の印加電圧が
基準電圧値を越えるとコンパレータＣＭＰ　１の出力が
Ｌレベルに転じてＭＯＳＦＥＴ）ランジスタＴｒｉがカ
プトオフとなるので界磁コイル６の電流が遮断されて回
転磁界がなくなり起電力が減少する。起電力が減少する
と発電制御設備の出力電圧が低下し、コンバレー２０Ｍ
Ｐ　１は再びＨレベルを出力してＭＯ８ＦＥＴトランジ
スタＴｒｌを導通させるので２回転磁界が再び発生しス
テータコイルＵ、Ｖ、Ｗに起電力が発生する。これを繰
り返すことによりほぼ一定の電圧を出力してバッテリ４
を充電すると共に負荷２４に出力する。この動作は従来
例と同様である。

コンバレー２０ＭＰ　２は負極端子に入力されたＢＯＡ
相当の基準電圧と主回路の平均電流とを比較し、主回路
の平均電流が［ｌＯＡ以下であれば出力がＬレベルとな
り、遅延回路１９のインバータＩＮ２の出力がＨとなり
インバータＩＮＩの出力がＬレベルになる。このためト
ランジスタＴｒ２がカットオフとなるのでリレーコイル
１Ｂにコイル励磁電流が流れずリレー接点１３ａ　ｘ１
３ｃ　、　１４ａ　〜１４ｃ　。

１５ａ−１５ｃは図の状態に留まる。従ってステータ巻
線Ｕ、Ｖ、Ｗはスター結線のままである。

次に負荷が増大し、且つロータの回転速度も上昇しこの
ため最大出力電流が増加することにより、消費電流が６
ＯＡを越えると、コンパレータＣＭＰ２の出力はＨレベ
ルとなり、従って遅延回路１９の出力が一定の時限の後
ＨレベルとなりトランジスタＴｒ２が導通する。これに
よりリレーコイル１８に励磁電流が流れリレーの可動接
片１３ｂ。

１４ｂ、　１５ｂはそれぞれ固定接点１３ｃ　、　１４
ｃ　、　１５ｃと接し、ステータ巻線はデルタ結線に切
換わることとなる。これにより第２図Ｂ−Ｂ’　曲線と
して示したような高出力電流に適した状態となる。

コンパレータＣＭＰ２出力がＬレベルからＨレベルに切
替る立上り信号で、モノステーブルマルチバイブレータ
ＭＭＩが作動し一時的にす出力がＬレベルを出力する。

ＭＯＳ　　ＦＥＴトランジスタＴｒｌはその間カットオ
フし、界磁巻線６の電流が遮断され２発電機出力電流は
０となる。このようにスター結線からデルタ結線に切換
ゎる瞬間−時的に発電機出力電流を０としリレー接点の
スパークを阻止する。

負荷の減少或いはロータ回転速度の低下により主回路電
流が下降して５０Ａ以下になるとモノステーブルマルチ
バイブレータＭＭ２の出力が一時的にＬレベルとなり、
このＬレベルの間に発電機のステータ巻線は同様にして
デルタ結線からスター結線に再び移行する。

第５図は変形例である。前記、リレーコイル１８、可動
接片１３ｂ、、　１４ｂ、　１５ｂ、固定接点１３ａ。

１３ｃ、　１４ａ、　１４ｃ、　１５ａ、　１５ｃから
なるＹ−Δ切換部のパワリレーをトライアックＴＡＩ。

ＴＡ２．ＴＡ３．ＴＡ４．ＴＡ５．ＴａＢ２個に置き変
え無接点化とした例である。なお、トライアックＴＡＩ
〜ＴＡ６のトリガー用リレーコイル２を含んだリレーは
本例では有接点で構成されているがパルストランス、半
導体、フォトカプラー等の公知技術を用いれば無接点化
できることは言うまでもない。

次に第３図を参照して上記信号発生のタイミングについ
て説明する。第３図は各信号の発生及び終了のタイミン
グを説明するための線図である。

第３図において発電制御設備の主回路電流信号（ａ）が
、Ｌレベルの時はステータ巻線はスターに結線されてい
るが、高中速域において負荷が増大するとこれに従い主
回路電流が増大し、この値がＢＯＡに達すると主回路電
流信号（ａ）がＨレベルになり、ｊｌｓｅｃだけ界磁電
流制御信号（ｂ）中に第１の遮断信号が発生する。この
第１の遮断信号発生の期間内において、即ち、６０Ａに
達してからｔ２ｓｅｃ（ｔｌ＞ｔ２）経過後に、リレー
制御信号（ｅ）中にステータ巻線をスター結線からデル
タ結線に切換えるためのＹ−Δ切換信号が発生する。

次にこの主回路電流が再び減少し、この値が５０Ａ以下
になると主回路電流信号（ａ′）がＬレベルになり、界
磁電流制御信号（ｂ′）中に第２の遮断信号がｔ３ｓｅ
ｃ間発生する。このｔ３ｓｅｃ間の期間中に、５０Ａに
達した後ｔ４迦（ｔ３＞ｔ４）経過後、にリレー制御信
号（Ｃ′）中にステータ巻線をデルタ結線からスター結
線に切換えるためのΔ−Ｙ切換信号が発生する。界磁電
流はステータ巻線のＹ−Δ又はΔ−Ｙの夫々の切換後に
復旧し、これにより発電制御装置は正常運転に移行する
。

ｔ２及びｔ４の値は通常ｊＢ１ｓｅｃ程度で良く、従っ
てｔｌ及びｔ３は例えば１Ｑ１ｓｅｃ程度の値が採用さ
れる。又ｔｌ−ｔ３．ｔ２−ｔ４とできることは言うま
でもない。

この状況を再度第２図において参照すると。

ロータの回転速度が上昇過程において図示のＱ点以下の
場合はたとえ負荷設備が多く接続されていても発電制御
装置の能力上ＢＯＡの電流は供給され得ないので、主回
路電流は設定値以下であり、ステータ巻線はスター結線
のままにとどまる。ロータの回転数がＱ点以上に上昇し
、且つ負荷電流が６ＯＡ以上に上昇するとはじめてステ
ータ巻線はデルタ結線に切換わる。その後この負荷電流
が５ＯＡにまで下降すると実際のロータの回転速度如何
に拘らずスター結線に切換わることとなる。

［発明の効果］ 本発明の構成において主回路電流の小さいときにステー
タ巻線をスター結線とし、主回路電流が大きくなるとス
テータ巻線をデルタ結線とする様に切換制御することに
より、ロータの低速回転域においても負荷及びバッテリ
に電力を供給可能にすると共に、ロータの高速回転域に
おいて高負荷電流を供給可能にしたので２発電機本体の
容量を増大させることなく上記２様の状況に対処できる
こととなった。

更にステータ巻線の上記切換の時期に界磁電流を最小と
する構成により、切換時の接点の消耗を防止することが
できる。

これらの切換制御において制御信号を単に主回路の電流
値のみで制御させることができ、ロータの回転速度の検
出の必要がなく、これを制御させることができる。

また主回路電流の上昇時と下降時の設定電流値について
ヒステリシスを設けたことにより、制御時のチャタリン
グを防止できると共に、スター結線方式とデルタ結線方
式の最大出力電流において互に優劣が逆転するロータ回
転速度をはさんでこのヒステリシス電流値を設定するこ
とができるので２発電機の能力を最大限に利用すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る発電制御装置の全体回
路図。 第２図は発電機のロータ回転速度と発電制御装置の最大
出力電流との間の関係を示すグラフ。 第３図は制御信号の出力タイミングを示す線図。 第４図は１本発明に係る発電制御装置の別の実施例の回
路略図。 第５図は従来例及び本発明に係る発ｉｓ′Ｍ＊装置のブ
ロック図。 第６図は従来例の発電制御装置の全体回路図。 を夫々示す。 符号の説明 １・・・発電機　　　　　２・・・整流スタック３・・
・制御装置　　　　４・・・バッテリ５・・・キースイ
ッチ　　６・・・界磁巻線１Ｇ・・・発電制御装置 １３ａ、　ｔ３ｂ、　１３ｃ、　１４ａ、　１４ｂ、　
１４ｃ、　１５ａ、　１５ｂ、　１５ｃ・・・リレー接
点 ２４・・・負荷　　　　　　３１・・・主回路電流検出
部３２・・・出力電圧検出部　３３・・・Ｙ−Δ切換部
３４・・・界磁電流制御部 Ｕ、Ｖ、Ｗ・・・ステータ巻線 ＣＩ、Ｃ２・・・コンデンサ ＣＭＰｌ、ＣＭＰ２・・・コンパレータＺＤＩ、ＺＤ２
・・・ツェナーダイオードＴｒｉ、Ｔｒ２・・・トラン
ジスタ Ｄｌａ−Ｄ４ｂ、　Ｄ　５．　Ｄ　６−・・ダイオード
Ｒ１−Ｒ１３・・・抵抗

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ステータ巻線及び界磁巻線を備え機関に駆動される交流
   発電機と、整流スタックと、制御装置と、を備え直流電
   力を出力する発電制御装置であって、前記制御装置は、 ステータ巻線に後続する主回路の電流を検出する電流検
   出手段と、 前記発電機のステータ巻線をスター結線とデルタ結線と
   の間で切換える切換手段と、 前記発電機の界磁電流を制御する手段と、 前記電流検出手段の信号を受け、主回路の電流が第１の
   設定値以上に上昇したとき一定時間界磁電流を最小の値
   に維持するための第１遮断信号を発生する手段と、 前記第１遮断信号の発生時間内に前記切換手段に対して
   スター結線からデルタ結線に切換えるための切換信号を
   発生する手段と、 前記電流検出手段の信号を受け主回路の電流が第１の設
   定値よりも小さい第２の設定値以下に下降したとき、一
   定時間界磁電流を最小の値に維持するための第２遮断信
   号を発生する手段と、前記第２遮断信号の発生時間内に
   前記切換手段に対してデルタ結線からスター結線に切換
   えるための切換信号を発生する手段と、 を有することを特徴とする発電制御装置。