JPH06335298A - 車両用交流発電機の出力制御方法及び出力制御装置 - Google Patents

車両用交流発電機の出力制御方法及び出力制御装置

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JPH06335298A
JPH06335298A JP5338075A JP33807593A JPH06335298A JP H06335298 A JPH06335298 A JP H06335298A JP 5338075 A JP5338075 A JP 5338075A JP 33807593 A JP33807593 A JP 33807593A JP H06335298 A JPH06335298 A JP H06335298A
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voltage
output
current
vehicle
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JP5338075A
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Shiro Iwatani
史朗 岩谷
Katsuhiko Kusumoto
勝彦 楠本
Keiichi Komurasaki
啓一 小紫
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 所定の回転数域での蓄電池の充電不足を防止
するとともに、所定の回転数域を越える回転数域での交
流発電機の不必要な出力電流を制限して交流発電機の効
率を向上させる。 【構成】 高界磁電流仕様の界磁コイル１０２Ａを用
い、且つ電圧調整器３Ａ中のパワートランジスタ３０５
の導通率を制御する界磁電流制限器９を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、車両用交流発電機の
出力制御方法及び出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１３は例えば実公昭６２−３０４８０
号公報に開示されたのと同様な従来の車両用交流発電機
の出力制御装置を示す電気回路図である。図において、
１は内燃機関（図示しない）によって回転駆動される車
両用交流発電機、１０１はこの交流発電機１のステータ
（図示しない）に装着された三相の電機子コイル、１０
２は交流発電機１のロータ（図示しない）に装着された
界磁コイル、２は電機子コイル１０１に接続されてその
誘起交流出力を全波整流する全波整流器で、６個の主ダ
イオードと３個の補助ダイオードとから構成され、主整
流出力端子２０１、補助整流出力端子２０２及び接地端
子２０３を有している。
【０００３】３は、補助整流出力端子２０２及び界磁コ
イル１０２に接続された電圧調整器で、界磁コイル１０
２に流れる界磁電流を断続制御して交流発電機１の出力
電圧を所定値に調整する。３０１，３０２は互いに直列
に接続され且つ蓄電池４と並列に接続されてその端子電
圧を検出する検出素子例えば分圧抵抗、３０３はこれら
分圧抵抗３０１と３０２の分圧点に一端例えばカソード
が接続された検出素子としてのゼナーダイオード、３０
４はこのゼナーダイオード３０３の他端例えばアノード
にベースが接続された半導体開閉素子例えば制御用トラ
ンジスタ、３０５はこの制御用トランジスタ３０４のコ
レクタ，エミッタにそれぞれベース，エミッタが接続さ
れてオン／オフ制御される半導体開閉素子としてのパワ
ートランジスタで、界磁コイル１０２と直列に接続され
てその界磁電流を断続制御する。３０６は補助整流出力
端子２０２とパワートランジスタ３０５のベースの間に
接続された抵抗、３０７は界磁コイル１０２の両端間に
接続されたサージ吸収用ダイオードである。
【０００４】５は一端が主整流出力端子２０１及び蓄電
池４の正極に接続されたキースイッチ、６はこのキース
イッチ５の他端と補助整流出力端子２０２との間に接続
された初期励磁用抵抗、７は蓄電池４と並列に接続され
て交流発電機１の主整流出力端子２０１又は蓄電池４か
ら給電される車両用電気負荷、そして８はこの電気負荷
７と蓄電池４の間に接続されて電気負荷７への給電を制
御する負荷スイッチである。
【０００５】従来の車両用交流発電機の出力制御装置は
上述した様に構成されており、以下にその動作を詳しく
説明する。まず、内燃機関の始動に際し、キースイッチ
５を閉成すると、蓄電池４からキースイッチ５、初期励
磁用抵抗６及び抵抗３０６を通してパワートランジスタ
３０５にベース電流が供給されてパワートランジスタ３
０５は導通する。このパワートランジスタ３０５が導通
すると、蓄電池４からキースイッチ５、初期励磁用抵抗
６、界磁コイル１０２及びパワートランジスタ３０５を
通して接地に界磁電流が流れ、界磁コイル１０２に界磁
起磁力が発生する。
【０００６】この状態で内燃機関が起動して、交流発電
機１が駆動されると、その回転数に応じて電機子コイル
１０１に交流出力が誘起され、この出力電圧は全波整流
器２によって全波整流される。ここで、全波整流された
出力電圧が所定値（例えば１４．４Ｖ）以下の時には、
分圧抵抗３０１と３０２によって構成されている分圧回
路の分圧点電位がまだ低いので、ゼナーダイオード３０
３は導通状態に至らず、不導通状態を保持し、従って界
磁電流の供給は保持されており、これによって交流発電
機１の出力電圧はその回転数の上昇に伴なって上昇して
いる。
【０００７】その後、交流発電機１の回転数が更に上昇
して出力電圧が上記所定値（１４．４Ｖ）以上になる
と、上記分圧回路の分圧点電位も高くなり、ゼナーダイ
オード３０３は導通し、このゼナーダイオード３０３を
通して制御用トランジスタ３０４にベース電流が供給さ
れるので、制御用トランジスタ３０４は導通する。この
制御用トランジスタ３０４が導通すると、パワートラン
ジスタ３０５のベース・エミッタ回路がバイパスされる
のでパワートランジスタ３０５は遮断し、これにより界
磁コイル１０２に流れていた界磁電流は遮断され、交流
発電機１の出力電圧は低下する。この出力電圧が所定値
（１４．４Ｖ）まで下がると、再びゼナーダイオード３
０３及び制御用トランジスタ３０４が不導通状態とな
り、パワートランジスタ３０５は導通して界磁コイル１
０２は付勢され、交流発電機１の出力電圧は再び上昇す
る。
【０００８】上述した動作を繰り返して、交流発電機１
の出力電圧は所定値（１４．４Ｖ）に制御され、この制
御された電圧にて蓄電池４を充電する。
【０００９】交流発電機１から取り出し得る最大出力電
流は、交流発電機１の回転数と出力電流の関係を示す図
２のＥに破線イで示す様に交流発電機１の回転数に依存
し、５０００ｒ／ｍｉｎ以上で飽和する特性曲線とな
り、２点鎖線の特性線ロで示す車両の総電気負荷量に対
して約２５００ｒ／ｍｉｎ前後に交流発電機出力電流の
過不足クロスポイントが設定されるのが一般的であっ
た。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従来の車両用交流発電
機の出力制御装置では、上述したように交流発電機１の
最大出力電流が交流発電機１の回転数に依存し、車両の
総電気負荷量とのクロスポイントが約２５００ｒ／ｍｉ
ｎにある。従って、交流発電機１の回転数２５００ｒ／
ｍｉｎ未満と２５００ｒ／ｍｉｎ以上のそれぞれの運転
頻度がバランスしておけば、蓄電池４の充放電のバラン
ス上問題はないが、交通渋滞運転モードのように２５０
０ｒ／ｍｉｎ未満での低速運転頻度が多くなると、交流
発電機１の出力電流が不足し、蓄電池４が充電不足に陥
りやすく、特にヘッドライトを使用する夜間の低速運転
時や電気負荷の多い場合には、蓄電池上りが生じてエン
ジンストップを起こすという問題点があった。
【００１１】この発明は、このような問題点を解決する
ためになされたもので、所定の回転数域での交流発電機
の出力電流をアップさせて蓄電池の充電不足を防止する
とともに、所定の回転数域を越える回転数域での不必要
な交流発電機出力電流を制限して交流発電機の効率を向
上させることのできる車両用交流発電機の出力制御方法
及び出力制御装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この発明に係る車両用交
流発電機の出力制御方法は、交流発電機又はこの交流発
電機を駆動する内燃機関の所定の回転数域においては交
流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足しうる
高い界磁電流を界磁コイルに供給するように制御し、所
定の回転数域を越える回転数域においては高い界磁電流
を制限して交流発電機の出力電流を制限するようにした
ものである。
【００１３】更に、この発明の請求項２に係る車両用交
流発電機の出力制御装置は、交流発電機又はこの交流発
電機を駆動する内燃機関の所定の回転数域においては交
流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足しうる
高い界磁電流を流せるように交流発電機の界磁コイルが
設定されており、且つ交流発電機又は内燃機関の回転数
の変化に応じて信号レベルが直線的に変化する変調信号
を出力する変調信号発生手段と、変調信号をパルス幅が
変化するパルス幅変調波信号に変調するパルス幅変調手
段とを有する界磁電流制限器を設けたものである。
【００１４】この発明の請求項３に係る車両用交流発電
機の出力制御装置は、交流発電機又はこの交流発電機を
駆動する内燃機関の所定の回転数域においては交流発電
機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足しうる高い界
磁電流を流せるように交流発電機の界磁コイルが設定さ
れており、且つ交流発電機又は内燃機関の回転数の変化
に応じて電圧レベルが直線的に変化する電圧を発生する
第１電圧発生器と、この第１電圧発生器の上記電圧の電
圧レベルが所定値を越えないように制限して電圧変調波
を出力する電圧制限回路と、所定周期の三角波の電圧を
発生する第２電圧発生器と、電圧変調波と三角波の電圧
とを比較して回転数の変化に応じてパルス幅が変化する
パルス幅変調波信号を発生するコンパレータとを有する
界磁電流制限器を設けたものである。
【００１５】この発明の請求項４に係る車両用交流発電
機の出力制御装置は、所定の回転数域を、内燃機関のア
イドル回転数域にしたものである。
【００１６】請求項５に係る車両用交流発電機の出力制
御装置は、交流発電機又は内燃機関の所定の回転数域に
おいては交流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量を
充足しうる高い界磁電流が流せるように界磁コイルが設
定されており、且つ交流発電機又は内燃機関の回転数の
変化に応じて電圧レベルが直線的に変化する電圧を発生
する第１電圧発生器と、この第１電圧発生器で発生され
た電圧が所定値以下のときには第１のレベルの電圧を出
力し所定値より大きいときには第２のレベルの電圧を出
力する第１のコンパレータと、所定周期の三角波の電圧
を発生する第２電圧発生器と、第１のコンパレータの出
力電圧と三角波の電圧とを比較して回転数の変化に応じ
てパルス幅が変化するパルス幅変調波信号を発生する第
２のコンパレータとを有し、所定の回転数域においては
界磁コイルに高い界磁電流を供給するように制御し、所
定の回転数域を越える回転数域においては、パルス幅変
調波信号で半導体開閉素子を断続制御することにより、
高い界磁電流を制限して交流発電機の出力電流を制限す
る界磁電流制限器を設けたものである。
【００１７】請求項６に係る車両用交流発電機の出力制
御装置は、請求項５の出力制御装置において、さらに、
第１のコンパレータの出力電圧が第１のレベルから第２
のレベルに変化したときには下限値から上限値まで徐々
に変化する電圧を第２のコンパレータに出力し、第２の
レベルから第１のレベルに変化したときには上限値から
下限値まで徐々に変化する電圧を第２のコンパレータに
出力する緩和手段を備えたものである。
【００１８】
【作用】この発明の出力制御方法では、交流発電機又は
この交流発電機を駆動する内燃機関の所定の回転数域で
の交流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足し
うるので、交通渋滞運転モードでの低速運転頻度が多く
なっても蓄電池が充電不足に至ることがない。また、所
定の回転数域を越える回転数域においては交流発電機の
出力電流を制限するので、不必要な出力電流を抑制で
き、効率良く交流発電機を運転できる。
【００１９】この発明の請求項２に係る出力制御装置で
は、交流発電機又はこの交流発電機を駆動する内燃機関
の所定の回転数域においては交流発電機の出力電流が車
両の総電気負荷量を充足しうる高い界磁電流を交流発電
機の界磁コイルに供給し、界磁電流制限器中の変調信号
発生手段が出力した回転数比例変調信号を、パルス幅変
調手段がパルス幅変調波信号に変調し、所定の回転数域
を越える回転数域においては、パルス幅変調波信号で半
導体開閉素子を断続制御することにより、高い界磁電流
を制限して交流発電機の出力電流を制限する。
【００２０】更に、この発明の請求項３に係る出力制御
装置では、交流発電機又はこの交流発電機を駆動する内
燃機関の所定の回転数域においては交流発電機の出力電
流が車両の総電気負荷量を充足しうる高い界磁電流を交
流発電機の界磁コイルに供給し、界磁電流制限器中の第
１電圧発生器が発生した回転数比例電圧を電圧制限回路
がレベル制限して電圧変調波を出力し、第２電圧発生器
が三角波の電圧を発生し、そしてコンパレータが電圧変
調波と三角波の電圧とを比較してパルス幅変調波信号を
発生し、所定の回転数域を越える回転数域においては、
パルス幅変調波信号で半導体開閉素子を断続制御するこ
とにより、高い界磁電流を制限して交流発電機の出力電
流を制限する。
【００２１】この発明の請求項４に係る出力制御装置で
は、内燃機関のアイドル回転数域においては高い界磁電
流を交流発電機に供給し、アイドル回転数域を越える回
転数域においては高い界磁電流ひいては交流発電機の出
力電流を制限する。
【００２２】請求項５に係る出力制御装置では、交流発
電機又はこの交流発電機を駆動する内燃機関の所定の回
転数域においては交流発電機の出力電流が車両の総電気
負荷量を充足しうる高い界磁電流を交流発電機の界磁コ
イルに供給し、界磁電流制限器中の第１電圧発生器が発
生した回転数比例電圧に基づいて第１のコンパレータが
第１あるいは第２のレベルの電圧を出力し、第２電圧発
生器が三角波の電圧を発生し、そして第２のコンパレー
タが第１のコンパレータの出力電圧と三角波の電圧とを
比較してパルス幅変調波信号を発生し、所定の回転数域
を越える回転数域においては、パルス幅変調波信号で半
導体開閉素子を断続制御することにより、高い界磁電流
を制限して交流発電機の出力電流を制限する。
【００２３】請求項６に係る出力制御装置では、請求項
５の出力制御装置において、さらに緩和手段が第１のコ
ンパレータの出力電圧の変化に基づいて下限値と上限値
との間で徐々に変化する電圧を第２のコンパレータに出
力する。
【００２４】
【実施例】以下、この発明の実施例について添付図面を
参照して説明する。 実施例１．図１はこの発明の実施例１に係る車両用交流
発電機の出力制御装置を示す電気回路図である。図１に
おいて、交流発電機１Ａは、その所定の回転数域又は内
燃機関の回転数域例えば内燃機関のアイドル回転数域に
おいて、５Ａ程度の従来の界磁電流仕様に設定された界
磁コイル１０２の代りに、１０Ａ程度の高界磁電流仕様
に設定された界磁コイル１０２Ａを有している。全波整
流器２Ａは、全波整流器２と違い、３個の補助ダイオー
ド及び補助整流出力端子２０２を持っていない。電圧調
整器３Ａは、そのパワートランジスタ３０５のベースが
後述する界磁電流制限器にも接続され、抵抗３０６の一
端がキースイッチ５の他端に直接々続され且つダイオー
ド３０７のカソードが主整流出力端子２０１に接続され
た点で従来の電圧調整器３と異なっている。
【００２５】９は電機子コイル１０１及び電圧調整器３
Ａに接続され、パワートランジスタ３０５の導通率を制
御して界磁電流を制限する界磁電流制限器である。９０
１と９０２はキースイッチ５の他端と接地の間で互に直
列に接続されて定電圧電源Ａを構成する抵抗とゼナーダ
イオード、９０３は交流発電機１Ａの１相の電機子コイ
ル１０１に接続され、交流発電機１Ａ又は内燃機関の回
転数の変化に応じて信号レベルが直線的に変化する変調
信号を発生する変調信号発生手段としての第１電圧発生
器例えば交流発電機１Ａの出力周波数を電圧に変換する
Ｆ／Ｖ変換器、９０４はこのＦ／Ｖ変換器９０３の出力
側に接続されて大きな抵抗値を有する電圧制限用抵抗、
９０５と９０６は定電圧電源Ａと接地の間で互いに直列
に接続されて分圧する分圧抵抗で、その各抵抗値は抵抗
９０４の抵抗値の１／１００位に設定されている。９０
７は抵抗９０４の他端であるＢ点にアノードが接続され
且つ分圧抵抗９０５と９０６の接続点であるＤ点にカソ
ードが接続されたダイオード、なお、これら抵抗９０４
〜９０６及びダイオード９０７は電圧制限回路を構成す
る。９０８は所定周期の三角波の電圧を発生する第２電
圧発生器例えば三角波発生器、９０９はこの三角波発生
器９０８の出力側でのＣ点電圧（三角波の電圧）とＦ／
Ｖ変換器９０３の出力側に在る電圧制限用抵抗９０４の
他端でのＢ点電圧（変調信号、電圧変調波）とを比較し
て回転数の変化に応じてパルス幅が変化するパルス幅変
調波信号を発生するパルス幅変調手段としてのコンパレ
ータで、その出力側が上述したようにパワートランジス
タ３０５のベースに接続されている。
【００２６】次に、この実施例１の動作を詳しく説明す
る。まず、内燃機関の始動に際し、キースイッチ５を閉
成すると、蓄電池４からキースイッチ５、抵抗９０１及
びゼナーダイオード９０２を通して接地に電流が流れて
定電圧電源Ａが設定される。しかしながら、交流発電機
１Ａはまだ回転していないので、Ｆ／Ｖ変換器９０３の
出力は零であり従ってＢ点電圧も零である（図２のＣ参
照）。一方、三角波発生器９０８は電源（図示しない）
から給電されて所定周期例えば５ｍｓの三角波の電圧
（図２のＡ参照）をＣ点電圧として発生し、このためコ
ンパレータ９０９は導通率１００％のハイ信号を発生す
る（図２のＢ参照）。このハイ信号により、パワートラ
ンジスタ３０５には蓄電池４よりキースイッチ５、抵抗
３０６を通してベース電流が供給され、パワートランジ
スタ３０５は１００％の導通率で導通する（図２のＤ参
照）。このパワートランジスタ３０５が導通すると、蓄
電池４から界磁コイル１０２Ａに界磁電流が流れて界磁
起磁力が発生する。この界磁コイル１０２Ａに流れる界
磁電流は上述したように、従来の約２倍の電流値となっ
ている（図２のＤ参照）。
【００２７】この状態で内燃機関が起動して交流発電機
１Ａが駆動されると、その回転数に応じて電機子コイル
１０１に交流出力が誘起され、この出力電圧は全波整流
器２Ａによって全波整流される。ここで交流発電機１Ａ
の回転数が１３００ｒ／ｍｉｎ以下の場合には、Ｆ／Ｖ
変換器９０３の出力はあるものの、その出力値は小さい
ため、依然としてコンパレータ９０９は導通率１００％
のハイ信号を発生する。従って、全波整流された出力電
圧が所定値（例えば１４．４Ｖ）未満の時には、電圧調
整器３Ａ中の分圧抵抗３０１と３０２によって構成され
ている分圧回路の分圧点電位がまだ低いので、ゼナーダ
イオード３０３は不導通のままであり、制御用トランジ
スタ３０４が不導通、パワートランジスタ３０５が導通
で、出力電圧を上昇させる。出力電圧が所定値（１４．
４Ｖ）以上になれば、ゼナーダイオード３０３は導通
し、制御用トランジスタ３０４も導通して、パワートラ
ンジスタ３０５を不導通にし、これにより出力電圧を所
定値（１４．４Ｖ）に調整する。
【００２８】次に交流発電機１Ａの回転数が１３００ｒ
／ｍｉｎを越えると、Ｆ／Ｖ変換器９０３は変調信号を
発生してその出力が上昇し、Ｂ点電圧は図２のＣに示し
た様にＶ1 電圧を越え且つ直線的に変化する電圧とな
り、コンパレータ９０９の−入力端子に印加されて三角
波発生器９０８からの三角波の電圧即ちＣ点電圧とコン
パレータ９０９にて比較され、三角波発生器９０８から
出力された三角波の電圧がＦ／Ｖ変換器９０３から出力
された電圧より高い場合はハイ信号、逆に低い場合はロ
ー信号（図２のＢ参照）のパルス幅変調波信号（しかも
ロー信号が徐々に増加する）がコンパレータ９０９から
出力される。コンパレータ９０９のこのパルス幅変調波
信号がパワートランジスタ３０５のベースに入力され、
パワートランジスタ３０５の導通率は、交流発電機１Ａ
の回転数に応じて１３００ｒ／ｍｉｎから５０００ｒ／
ｍｉｎまでは１００％から５０％まで直線的に減少し、
５０００ｒ／ｍｉｎを越えると５０％でほぼ一定に保持
される。即ち、Ｂ点電圧が定電圧電源Ａの分圧点Ｄの電
圧Ｖ2 に達するまでは、Ｆ／Ｖ変換器９０３の出力であ
るＢ点電圧は図２のＣに示した様に交流発電機１Ａの回
転数に応じて直線的に変化するので、パワートランジス
タ３０５の導通率は図２のＤに示した様に１００％から
５０％まで直線的に低下する。
【００２９】しかしながら、Ｂ点電圧がＤ点電圧である
Ｖ2 に達し且つそれ以上になると、Ｆ／Ｖ変換器９０３
の出力電圧は大きな抵抗９０４及びダイオード９０７を
通って抵抗９０６に流れ、Ｂ点電圧はほぼＶ2 の電圧変
調波にされる。従って、コンパレータ９０９から出力さ
れるパルス幅変調波信号のデューティも一定となるた
め、パワートランジスタ３０５の導通率は５０％に維持
される。また、導通率の低下、維持につれて図２のＤに
示した様に界磁電流も最大値から減少し、最大値の約半
分に維持される。従って、交流発電機１Ａの出力電流
は、図２のＥのハ，ニに示す様に交流発電機１Ａの回転
数が１３００ｒ／ｍｉｎまでは従来の特性イに比べて約
２倍以上大きいが１３００ｒ／ｍｉｎを越えると図２の
Ｅのハの様に上昇することなく、図２のＥのニに示す様
に約１００Ａで制限され、それ以上回転数が増大しても
交流発電機１Ａの出力電流（最大）は約１００Ａで維持
される。
【００３０】このように実施例１では、交流発電機１Ａ
の出力電流特性と車両の総電気負荷量とのクロスポイン
トが交流発電機１Ａの回転数で１２００ｒ／ｍｉｎとな
り、内燃機関のアイドル回転時の交流発電機回転数１５
００ｒ／ｍｉｎ以下となるので、交流発電機１Ａの低速
回転数域即ち内燃機関ではアイドル回転数域且つ交流発
電機回転数では１０００〜２０００ｒ／ｍｉｎでの出力
電流不足を解消でき、交通渋滞運転モードの様に、交流
発電機１Ａの回転数で２５００ｒ／ｍｉｎ以下での低速
運転頻度が多くなっても、蓄電池４の充電不足を招くこ
とがなく、蓄電池４上りによるエンジンストップの不具
合も解消できる。
【００３１】さらに、交流発電機１Ａの上記低速回転数
域を越える回転数域例えば高速回転数域においては不必
要な交流発電機出力電流を発生させない様、この出力電
流を制限しているため、出力制御装置としての効率が図
３に示す様に従来のものに比して良好となる。なお、図
３において、イ，ハ，ニは図２のＥのそれぞれに相当
し、イＥ，ハＥ，ニＥはそれぞれイ，ハ，ニに対応する
効率である。
【００３２】また、実施例１においては、界磁コイル１
０２Ａのスペースを増大することなく、上述した様に界
磁電流を増大し従って巻線抵抗値を小さくして界磁起磁
力を増大させている。即ち、界磁コイル１０２Ａの巻線
スペースが一定の条件下で界磁コイル１０２Ａの線径を
大きくとるとその巻数は減少するが、巻数の減少比以上
に界磁電流が増大し、界磁起磁力（巻数×界磁電流）も
図４に示す様に増大させることができる。
【００３３】次に界磁コイル１０２Ａの概略を示す図５
を参照しながら、図４の根拠を述べる。図１３におい
て、Ｄｆはコイル巻の平均径、Ｌはコイル巻の軸方向長
さ、そしてＨはコイル巻の径方向高さである。そしてＡ
Ｔｆを界磁起磁力、ｄｆをコイル径、Ｎｆを巻数、Ｉｆ
を界磁電流、Ｒｆを界磁抵抗、Ｖｆを界磁印加電圧、そ
してｍを巻線長さ、ρをＣｕの抵抗率、そしてαを電線
の被膜率とすれば、界磁コイル１０２Ａの巻線スペース
が一定の条件において、界磁起磁力ＡＴｆはＡＴｆ＝Ｎ
ｆ×Ｉｆと表される。
【００３４】界磁電流Ｉｆ＝Ｖｆ／Ｒｆ、界磁抵抗Ｒｆ
＝４×ρ×ｍ／（ｄｆ2×π）、巻線長さｍ＝π×Ｄｆ
×Ｎｆであるから、Ｒｆ＝ρ×４π×Ｄｆ×Ｎｆ／（π
×ｄｆ2 ）である。従って、ＡＴｆ＝Ｎｆ×ｄｆ2×Ｖ
ｆ／（４ρ×Ｄｆ×Ｎｆ）＝ｄｆ2×Ｖｆ／（４ρ×Ｄ
ｆ）、即ち、界磁起磁力ＡＴｆはｄｆ2に比例する。Ｉ
ｆ＝ｄｆ2×Ｖｆ／（４ρ×Ｄｆ×Ｎｆ）を書き直せば
Ｎｆ＝Ｌ×Ｈ／（αｄｆ）×（αｄｆｓｉｎ６０°）で
あるから、巻数Ｎｆは１／ｄｆ2に比例する。またＩｆ
＝α2ｄｆ4ｓｉｎ６０°×Ｖｆ／（４ρ×Ｄｆ×Ｌ×
Ｈ）であるから、界磁電流Ｉｆはｄｆ4に比例する。
【００３５】また、上記実施例では、三角波発生器９０
８とＦ／Ｖ変換器９０３との各電圧をコンパレータ９０
９で比較してパルス幅変調波信号によるデューティ制御
を行なっているため、デューティが変化しても周波数が
一定なので、周波数を最適値におけば、常に電圧変動が
感じられない安定した制御が可能となる。例えば、周波
数が２０ＫＨｚ以下になると電圧変動が目立ち、ランプ
類の明暗現象が生じる。
【００３６】さらに、上記実施例では、交流発電機１Ａ
自身の回転数を検出して交流発電機１Ａの出力電流を制
限するようにしているため、回転数の検出を交流発電機
１Ａの内部で処理でき、装置がコンパクトになる。
【００３７】実施例２．なお、実施例１では交流発電機
１Ａの界磁電流の大きさを回転数に応じて変えるものと
してパワートランジスタ３０５の導通率（デューティ）
を制御して界磁電流を変えるようにしたものを例示した
が、界磁コイル１０２Ａに印加する界磁電圧を回転数に
応じて変えるようにしてもよい。
【００３８】実施例３．また、実施例１では交流発電機
１Ａの出力電流を制限する交流発電機１Ａの回転数は１
３００ｒ／ｍｉｎに設定したが、他の値例えば１０００
〜２０００ｒ／ｍｉｎ程度の低速回転数域内であれば実
施例１とほぼ同様の効果を奏することができる。
【００３９】実施例４．さらに、実施例１では、交流発
電機１Ａの出力電流を制限するのに交流発電機１Ａの回
転数を検出するものを例示したが、内燃機関の回転数を
検知しても良い。この場合、オルタネータの、内燃機関
に対するプーリ比が２〜２．５とすると、内燃機関の回
転数５００〜８００ｒ／ｍｉｎで出力電流を制限するよ
うに制御すれば良く、この場合の効果としては、内燃機
関側の既存の回転検出手段から信号を得ることができ、
安価にできる。
【００４０】実施例５．しかも、実施例１では、交流発
電機１Ａの回転数が５０００ｒ／ｍｉｎを越えると、抵
抗９０４、分圧抵抗９０５、及び抵抗９０６、ダイオー
ド９０７から成る電圧制限回路によってＢ点電圧をＶ2
（一定）に制限するものを例示したが、Ｖ2 値一定に制
限する必要はなく、抵抗９０４の抵抗値を小さくすれ
ば、Ｂ点電圧は５０００ｒ／ｍｉｎを越えた回転数域で
もＶ2 値より上昇し、パワートランジスタ３０５の導通
率は低下するので、交流発電機１Ａの出力電流は上記実
施例の場合よりも低くなる。しかしながら、実際の交流
発電機１Ａの５０００ｒ／ｍｉｎを越える最大出力電流
特性は若干上昇するので、上述した様にパワートランジ
スタ３０５の導通率を若干下げれば、実質上の出力電流
特性は回転数が上昇しても一定に維持できる。
【００４１】実施例６．図５に実施例６に係る車両用交
流発電機の出力制御装置の回路図を示す。図５におい
て、交流発電機１Ｂは、従来の巻線仕様に対して例えば
１．２〜１．５倍の高電流仕様とした界磁コイル１１２
を有している。全波整流器２は、図１４に示した従来装
置における全波整流器と同様に、３個の補助ダイオード
及び補助整流出力端子２０２を有している。３Ａは、実
施例１で用いられた電圧調整器３Ａと同様の電圧調整器
である。
【００４２】９Ａは界磁電流制限器であり、９０３は交
流発電機の１相交流の回転数に応じた周波数を直流電圧
値に変換するＦ／Ｖ変換器、９１２はＦ／Ｖ変換器の出
力レベルを検出することにより交流発電機の所定の回転
数を検出するコンパレータ、９１０及び９１１は図示し
ない定電圧電源の出力を分圧してコンパレータ９１２の
基準電圧を作る分圧抵抗、９０９は電圧調整器３Ａのパ
ワートランジスタ３０５の導通率を制限するＰＷＭ制御
用コンパレータ、９０８はＰＷＭ制御用の三角波を出力
する三角波発生器、９０５及び９０６は定電圧電源の出
力を分圧してＰＷＭ制御の基準電圧を決定する分圧抵抗
である。
【００４３】次に、この実施例６の動作について説明す
る。発電機１Ｂの回転速度が所定値以下の場合、コンパ
レータ９１２の出力はＬｏレベルであり、ＰＷＭ制御用
コンパレータ９０９の入力は図６のＡに示すように、
(＋)入力は電位Ｖ1〜Ｖ2の三角波であるのに対して、
(−)入力は電位Ｖ3 固定となり、コンパレータ９０９の
出力は図６のＢに示すようにＯＦＦ（Ｈｉレベル）とな
るので、パワートランジスタ３０５は図６のＣに示すよ
うにＯＮ状態となる。すなわち、界磁電流制限器９Ａは
電圧調整器３Ａに対して影響を与えない。
【００４４】一方、発電機１Ｂの回転速度が所定値より
大きい場合、コンパレータ９１２の出力はＨｉレベルで
あり、コンパレータ９０９の(−)入力電位は図２のＡの
Ｖ4固定となり、(＋)入力の三角波とクロスする結果、
コンパレータ９０９及びパワートランジスタ３０５は図
２のＢ及びＣのように断続制御される。
【００４５】このように、パワートランジスタ３０５の
界磁電流制限器９Ａによる制御は、発電機１Ｂの回転速
度が所定値以下のときには導通率１００％で制御され、
一方回転速度が所定値より大きくなると所定の導通率で
制御される。この制御されたパワートランジスタ３０５
の導通率の変化を図８に示す。この実施例６では、発電
機１Ｂの回転速度が約２０００ｒ／ｍｉｎで導通率を変
更している。この導通率の変更に伴って界磁電流が制限
され、発電機１Ｂの最大出力電流が抑制される。
【００４６】発電機１Ｂの出力カーブを図７に示す。図
７において、Ｃ及びＤはそれぞれこの実施例６における
導通率１００％のとき及び導通率を所定値に制御したと
きの最大出力カーブ、Ｅは界磁電流制限器９Ａによりパ
ワートランジスタ３０５の導通率を制御したときの最大
出力カーブである。また、Ａは従来の装置における最大
出力カーブ、Ｂは車両側の総電気負荷率を示す。なお、
通常車両の機関がアイドル回転するときの発電機の回転
速度は１５００〜１８００ｒ／ｍｉｎに設定されてい
る。
【００４７】この実施例６では、導通率１００％のとき
の出力カーブはアイドル回転時においても車両側総電気
負荷率を上回る出力に設定されており、車両の低速運転
時においても出力が不足することなく、蓄電池が充電不
足になることもない。しかしながら、高電流仕様の界磁
コイルを持つ発電機においては、中高速域で必要十分以
上の出力が発生して発電機の駆動トルクが機関の負荷と
して働いたり、また発電機自身の温度を異常に上昇させ
る問題がある。これを解消するために、界磁電流制限器
によって車両側総電気負荷量と発電機の出力及び発電機
の発熱のバランス点で界磁電流を制限すれば、最適な出
力制御を得ることができる。
【００４８】実施例７．図９に実施例７に係る車両用交
流発電機の出力制御装置の回路図を示す。この装置は、
図５に示した実施例６の出力制御装置において、界磁電
流制限器９Ａの代わりに界磁電流制限器９Ｂを設けたも
のである。９１６はコンデンサであり、充放電電圧によ
ってＰＷＭコンパレータ９０９の基準電圧を構成してい
る。９１３はインバータである。９１４は電圧リミッタ
付定電流充電源であり、インバータ９１３の出力がＬｏ
レベルのときに動作し、コンデンサ９１６を定電流で充
電して充電電圧の上限を制限する機能を有する。９１５
は電圧リミッタ付定電流放電源であり、コンパレータ９
１２の出力がＬｏレベルのときに動作し、コンデンサ９
１６を定電流で放電して放電電圧の下限を制限する機能
を有する。インバータ９１３、定電流充電源９１４、定
電流放電源９１５及びコンデンサ９１６により緩和手段
が形成されている。
【００４９】次に、この実施例７の動作について説明す
る。図１０のＡにＰＷＭ制御用コンパレータ９０９の入
力波形を示す。コンパレータ９０９の(−)入力、すなわ
ちコンデンサ９１６の電圧は、初期状態で定電流放電源
９１５の電圧リミット値Ｖ5に設定されている。この状
態において発電機１Ｂの回転数が上昇して所定の回転速
度となると、コンパレータ９１２の出力がＨｉレベル、
インバータ９１３の出力がＬｏレベルとなり、定電流充
電源９１４が動作する。その結果、コンデンサ９１６が
充電され、コンパレータ９０９の(−)入力電位が徐々に
上昇する。このようにしてコンパレータ９０９の(−)入
力電位が電圧リミット値Ｖ6 に達すると、定電流充電源
９１４は充電を停止し、以後この電圧Ｖ6 を保持する。
【００５０】逆に、回転速度下降時においては、所定の
回転速度以下でコンパレータ９１２の出力がＬｏレベ
ル、インバータ９１３の出力がＨｉレベルとなり、定電
流放電源９１５が動作する。その結果、コンデンサ９１
６が放電され、コンパレータ９０９の(−)入力電位が徐
々に低下する。このようにしてコンパレータ９０９の
(−)入力電位が電圧リミット値Ｖ5 に達すると、定電流
放電源９１５は放電を停止し、以後この電圧Ｖ5 を保持
する。以上の動作におけるコンパレータ９０９とパワー
トランジスタ３０５の動作をそれぞれ図１０のＢ及びＣ
に示す。
【００５１】図１１に示されるように、パワートランジ
スタ３０５の導通率は、初期状態では１００％である
が、回転速度上昇時において所定の回転速度を検出する
と徐々に減少し、一定時間後に所定の導通率で固定され
る。一方、回転速度下降時は所定の回転速度以下を検出
すると、導通率が徐々に増加し一定時間後に導通率１０
０％となる。パワートランジスタ３０５の導通率の変化
に伴って、発電機１Ｂの出力及び駆動トルクも増加ある
いは減少する。すなわち、所定の回転速度を検出してパ
ワートランジスタ３０５の導通率が減少すると、発電機
１Ｂの出力及び駆動トルクも減少し、パワートランジス
タ３０５の導通率が増加すると、発電機１Ｂの出力及び
駆動トルクも増加する。
【００５２】この実施例７においては、パワートランジ
スタ３０５の導通率の変更時、すなわち発電機１Ｂの最
大出力の切替え時において、最大出力を徐々に変化させ
るため、車両の機関に対する出力切替え時の衝撃を緩和
することができる。
【００５３】
【発明の効果】以上のように、この発明に係る車両用交
流発電機の出力制御方法は、交流発電機又はこの交流発
電機を駆動する内燃機関の所定の回転数域においては交
流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足しうる
高い界磁電流を界磁コイルに供給するように制御し、所
定の回転数域を越える回転数域においては高い界磁電流
を制限して交流発電機の出力電流を制限するようにした
ので、交通渋滞運転モードでの低速運転頻度が多くなっ
ても蓄電池が充電不足に至ることがなく、所定の回転数
域を越える回転数域においては交流発電機を効率良く運
転できるという効果を奏する。
【００５４】更に、この発明の請求項２に係る車両用交
流発電機の出力制御装置は、交流発電機又はこの交流発
電機を駆動する内燃機関の所定の回転数域においては交
流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足しうる
高い界磁電流を流せるように交流発電機の界磁コイルが
設定されており、且つ交流発電機又は内燃機関の回転数
の変化に応じて信号レベルが直線的に変化する変調信号
を出力する変調信号発生手段と、変調信号をパルス幅が
変化するパルス幅変調波信号に変調するパルス幅変調手
段とを有する界磁電流制限器を設けたので、所定の回転
数域においては交流発電機の出力電流を増加させて蓄電
地の充電不足を解消し、所定の回転数域を越える回転数
域においては交流発電機の出力電流を制限して交流発電
機を効率良く運転でき、常に電圧変動が感じられない安
定した制御が可能となるという効果を奏する。
【００５５】この発明の請求項３に係る車両用交流発電
機の出力制御装置は、交流発電機又はこの交流発電機を
駆動する内燃機関の所定の回転数域においては交流発電
機の出力電流が車両の総電気負荷量を充足しうる高い界
磁電流を流させるように交流発電機の界磁コイルが設定
されており、且つ交流発電機又は内燃機関の回転数の変
化に応じて電圧レベルが直線的に変化する電圧を発生す
る第１電圧発生器と、この第１電圧発生器の上記電圧の
電圧レベルが所定値を越えないように制限して電圧変調
波を出力する電圧制限回路と、所定周期の三角波の電圧
を発生する第２電圧発生器と、電圧変調波と三角波の電
圧とを比較して回転数の変化に応じてパルス幅が変化す
るパルス幅変調波信号を発生するコンパレータとを有す
る界磁電流制限器を設けたので、上述した効果に加え
て、パルス幅変調波信号のデューティを一定にできると
いう効果を奏する。
【００５６】この発明の請求項４に係る車両用交流発電
機の出力制御装置は、所定の回転数域を、内燃機関のア
イドル回転数域にしたので、このアイドル回転数域にて
蓄電地を短時間で充電できるという効果を奏する。
【００５７】この発明の請求項５に係る車両用交流発電
機の出力制御装置は、交流発電機又は内燃機関の所定の
回転数域においては交流発電機の出力電流が車両の総電
気負荷量を充足しうる高い界磁電流が流せるように界磁
コイルが設定されており、且つ交流発電機又は内燃機関
の回転数の変化に応じて電圧レベルが直線的に変化する
電圧を発生する第１電圧発生器と、この第１電圧発生器
で発生された電圧が所定値以下のときには第１のレベル
の電圧を出力し所定値より大きいときには第２のレベル
の電圧を出力する第１のコンパレータと、所定周期の三
角波の電圧を発生する第２電圧発生器と、第１のコンパ
レータの出力電圧と三角波の電圧とを比較して回転数の
変化に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調波信号を
発生する第２のコンパレータとを有し、所定の回転数域
においては界磁コイルに高い界磁電流を供給するように
制御し、所定の回転数域を越える回転数域においては、
パルス幅変調波信号で半導体開閉素子を断続制御するこ
とにより、高い界磁電流を制限して交流発電機の出力電
流を制限する界磁電流制限器を設けたので、所定の回転
数域においては交流発電機の出力電流を増加させて蓄電
地の充電不足を解消し、所定の回転数域を越える回転数
域においては交流発電機の出力電流を制限して交流発電
機の効率を向上させることができる。
【００５８】この発明の請求項６に係る車両用交流発電
機の出力制御装置は、請求項５の出力制御装置におい
て、さらに、第１のコンパレータの出力電圧が第１のレ
ベルから第２のレベルに変化したときには下限値から上
限値まで徐々に変化する電圧を第２のコンパレータに出
力し、第２のレベルから第１のレベルに変化したときに
は上限値から下限値まで徐々に変化する電圧を第２のコ
ンパレータに出力する緩和手段を備えたので、車両の機
関に対する出力の切替え時の衝撃を緩和することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例１に係る車両用交流発電機の
出力制御装置を示す電気回路図である。
【図２】実施例１の動作を説明するための図であって、
ＡとＢはコンパレータ９０９の動作を説明する入力波形
と出力波形を示す図、Ｃは交流発電機の回転数に対する
Ｂ点電圧を示す図、Ｄはパワートランジスタ３０５の導
通率及び界磁電流の特性図、Ｅは交流発電機の出力電流
の特性図である。
【図３】交流発電機の効率及び出力電流を示す特性図で
ある。
【図４】界磁起磁力、界磁電流及び界磁コイル巻線の特
性図である。
【図５】界磁コイルの概略図である。
【図６】実施例６に係る出力制御装置を示す電気回路図
である。
【図７】実施例６の動作を説明するための図であって、
ＡとＢはコンパレータ９０９の動作を説明する入力波形
と出力波形を示す図、Ｃはパワートランジスタ３０５の
導通率の特性図である。
【図８】実施例６における交流発電機の出力電流の特性
図である。
【図９】実施例６におけるパワートランジスタ３０５の
導通率の特性図である。
【図１０】実施例７に係る出力制御装置を示す電気回路
図である。
【図１１】実施例７の動作を説明するための図であっ
て、ＡとＢはコンパレータ９０９の動作を説明する入力
波形と出力波形を示す図、Ｃはパワートランジスタ３０
５の導通率の特性図である。
【図１２】実施例７におけるパワートランジスタ３０５
の導通率の特性図である。
【図１３】従来の車両用交流発電機の出力制御装置を示
す電気回路図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ 交流発電機 １０２Ａ、１１２ 界磁コイル ２Ａ 全波整流器 ３Ａ 電圧調整器 ３０１、３０２ 分圧抵抗 ３０３ ゼナーダイオード ３０４ 制御用トランジスタ ３０５ パワートランジスタ ４ 蓄電池 ９、９Ａ、９Ｂ 界磁電流制限器 ９０３ Ｆ／Ｖ変換器 ９０４〜９０６ 抵抗 ９０７ ダイオード ９０８ 三角波発生器 ９０９、９１２ コンパレータ ９１３ インバータ ９１４ 定電流充電源 ９１５ 定電流放電源 ９１６ コンデンサ

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 内燃機関によって駆動される車両用交流
    発電機で蓄電地を充電し、上記交流発電機の界磁コイル
    に供給する界磁電流を制御することによって上記交流発
    電機の出力電流を制御する車両用交流発電機の出力制御
    方法において、 上記交流発電機又は上記内燃機関の所定の回転数域にお
    いては上記交流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量
    を充足しうる高い界磁電流を上記界磁コイルに供給する
    ように制御し、上記所定の回転数域を越える回転数域に
    おいては上記高い界磁電流を制限して上記交流発電機の
    出力電流を制限することを特徴とする車両用交流発電機
    の出力制御方法。
  2. 【請求項２】 内燃機関によって駆動される車両用交流
    発電機、この交流発電機で充電される蓄電地、及び上記
    交流発電機の界磁コイルに供給する界磁電流を断続制御
    する半導体開閉素子を備え、上記交流発電機の出力電流
    を制御する車両用交流発電機の出力制御装置において、 上記交流発電機又は上記内燃機関の所定の回転数域にお
    いては上記交流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量
    を充足しうる高い界磁電流を流せるように上記界磁コイ
    ルが設定されており、且つ上記交流発電機又は上記内燃
    機関の回転数の変化に応じて信号レベルが直線的に変化
    する変調信号を発生する変調信号発生手段と、上記変調
    信号をパルス幅が変化するパルス幅変調波信号に変調す
    るパルス幅変調手段とを有し、上記所定の回転数域にお
    いては上記界磁コイルに上記高い界磁電流を供給するよ
    うに制御し、上記所定の回転数域を越える回転数域にお
    いては、上記パルス幅変調波信号で上記半導体開閉素子
    を断続制御することにより、上記高い界磁電流を制限し
    て上記交流発電機の出力電流を制限する界磁電流制限器
    を設けたことを特徴とする車両用交流発電機の出力制御
    装置。
  3. 【請求項３】 内燃機関によって駆動される車両用交流
    発電機、この交流発電機で充電される蓄電地、及び上記
    交流発電機の界磁コイルに供給する界磁電流を断続制御
    する半導体開閉素子を備え、上記交流発電機の出力電流
    を制御する車両用交流発電機の出力制御装置において、 上記交流発電機又は上記内燃機関の所定の回転数域にお
    いては上記交流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量
    を充足しうる高い界磁電流が流せるように上記界磁コイ
    ルが設定されており、且つ上記交流発電機又は上記内燃
    機関の回転数の変化に応じて電圧レベルが直線的に変化
    する電圧を発生する第１電圧発生器と、この第１電圧発
    生器の上記電圧の電圧レベルが所定値を越えないように
    制限して電圧変調波を出力する電圧制限回路と、所定周
    期の三角波の電圧を発生する第２電圧発生器と、上記電
    圧変調波と上記三角波の電圧とを比較して上記回転数の
    変化に応じてパルス幅が変化するパルス幅変調波信号を
    発生するコンパレータとを有し、上記所定の回転数域に
    おいては上記界磁コイルに上記高い界磁電流を供給する
    ように制御し、上記所定の回転数域を越える回転数域に
    おいては、上記パルス幅変調波信号で上記半導体開閉素
    子を断続制御することにより、上記高い界磁電流を制限
    して上記交流発電機の出力電流を制限する界磁電流制限
    器を設けたことを特徴とする車両用交流発電機の出力制
    御装置。
  4. 【請求項４】 所定の回転数域は、内燃機関のアイドル
    回転数域であることを特徴とする請求項２又は請求項３
    の車両用交流発電機の出力制御装置。
  5. 【請求項５】 内燃機関によって駆動される車両用交流
    発電機、この交流発電機で充電される蓄電地、及び上記
    交流発電機の界磁コイルに供給する界磁電流を断続制御
    する半導体開閉素子を備え、上記交流発電機の出力電流
    を制御する車両用交流発電機の出力制御装置において、 上記交流発電機又は上記内燃機関の所定の回転数域にお
    いては上記交流発電機の出力電流が車両の総電気負荷量
    を充足しうる高い界磁電流が流せるように上記界磁コイ
    ルが設定されており、且つ上記交流発電機又は上記内燃
    機関の回転数の変化に応じて電圧レベルが直線的に変化
    する電圧を発生する第１電圧発生器と、この第１電圧発
    生器で発生された電圧が所定値以下のときには第１のレ
    ベルの電圧を出力し所定値より大きいときには第２のレ
    ベルの電圧を出力する第１のコンパレータと、所定周期
    の三角波の電圧を発生する第２電圧発生器と、上記第１
    のコンパレータの出力電圧と上記三角波の電圧とを比較
    して上記回転数の変化に応じてパルス幅が変化するパル
    ス幅変調波信号を発生する第２のコンパレータとを有
    し、上記所定の回転数域においては上記界磁コイルに上
    記高い界磁電流を供給するように制御し、上記所定の回
    転数域を越える回転数域においては、上記パルス幅変調
    波信号で上記半導体開閉素子を断続制御することによ
    り、上記高い界磁電流を制限して上記交流発電機の出力
    電流を制限する界磁電流制限器を設けたことを特徴とす
    る車両用交流発電機の出力制御装置。
  6. 【請求項６】 さらに、上記第１のコンパレータの出力
    電圧が第１のレベルから第２のレベルに変化したときに
    は下限値から上限値まで徐々に変化する電圧を上記第２
    のコンパレータに出力し、第２のレベルから第１のレベ
    ルに変化したときには上限値から下限値まで徐々に変化
    する電圧を上記第２のコンパレータに出力する緩和手段
    を備えたことを特徴とする請求項５に記載の車両用交流
    発電機の出力制御装置。
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