JPH08214599A

JPH08214599A - 磁石式発電機の電圧制御装置

Info

Publication number: JPH08214599A
Application number: JP7015434A
Authority: JP
Inventors: Takafumi Fukada; 隆文深田; Yoshio Sato; 義雄佐藤
Original assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Current assignee: Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Priority date: 1995-02-01
Filing date: 1995-02-01
Publication date: 1996-08-20
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JP3303015B2

Abstract

(57)【要約】【目的】磁石式発電機の交流出力の周波数が発電機の
回転数にともなって変化する場合において、周波数変化
に対する応答性およびエンジンの回転数あるいは負荷の
状態等の車両状態に対する追随性に優れた電圧制御装置
を提供する。【構成】基準電圧発生回路８から出力される基準電圧
が、位相制御回路７において、発電機出力の積分出力で
ある鋸歯状信号と比較され、基準電圧と鋸歯状信号との
交点によって定まる位相制御用のトリガ信号を位相制御
素子２に供給する。このトリガ信号によって、位相制御
素子が点弧するまでの時間間隔が制御され、その結果発
電機からバッテリに供給される電力量が制御される。ま
た、基準電圧制御回路９が基準電圧を制御することによ
り、発電機および負荷の状況にあった電圧制御を可能に
し、これによりエンジンの円滑な始動、バッテリおよび
負荷での過大電圧の発生等が防止される。このようにし
て、発電機の交流出力信号の周波数変化および負荷状況
等に対する応答性が極めて優れた制御がおこなわれる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両に搭載してバッテ
リの充電及び負荷への電力供給をする磁石式発電機の電
圧制御装置に関し、特に整流ブリッジ回路を位相制御し
て一定出力電圧を得る磁石式発電機の電圧制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、サイリスタを用いた整流ブリッジ
回路を位相制御して一定電圧を得る場合、制御するため
の定電圧電源として、商用周波数等の周波数の変化しな
い定周波数の電源を使用するものが多い。

【０００３】この従来の定周波数の電源を使用した装置
は、例えば、図６に示されているように、サイリスタに
正弦波の順電圧（Ｖｉｎ）が印加されている間、オン状
態となる矩形信号を同期信号（Ｖａ）として出力する矩
形信号発生回路を設け、次にこの矩形信号を積分回路で
積分し、サイリスタの順電圧に同期した位相制御のため
の積分信号電圧となる鋸歯状信号（Ｖｆ）を得るもので
ある。そして、この鋸歯状信号（Ｖｆ）と基準電圧（Ｖ
ｃ）とを比較し、基準電圧（Ｖｃ）と交点Ｐで立ち上が
るトリガ信号（Ｖｇ）をサイリスタのゲ−トに供給し、
サイリスタに制御角を持たせて位相制御をおこなうもの
である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の装
置を、車両のエンジンで駆動される発電機のように、発
電機の交流出力の周波数が発電機の回転数にともなって
変化するものに使用した場合、以下のような問題が発生
する。

【０００５】すなわち、第７図に示すように、発電機の
交流出力の周波数が波形Ｖｉｎ（１）のように２倍に変
化した場合、積分回路の積分定数が一定なので図６の場
合と同じ傾きを有する鋸歯状信号（Ｖｆ）が発生する。
そして、波形Ｖｉｎ（１）のパルス幅が短くなった分だ
け鋸歯状信号（Ｖｆ）の波高のピ−ク値が小さくなり、
ピ−ク電圧ｂが基準電圧（Ｖｃ）よりも小さくなってし
まう。したがって、この場合トリガ信号を発生させるこ
とができないので、サイリスタの位相制御をすることが
できない。

【０００６】この問題を解決するために、実開昭５８−
１１８８９０号公報には、発電機の交流出力を周波数−
電圧（Ｆ−Ｖ）変換するＦ−Ｖ変換器を設け、このＦ−
Ｖ変換器の出力値を積分回路で積分して鋸歯状信号とす
ることにより、鋸歯状信号の傾きを発電機の交流出力の
周波数に比例して変化させるサイリスタ整流装置が開示
されている。しかしながら、この場合、Ｆ−Ｖ変換する
には発電機の交流出力を少なくとも数サイクルとる必要
があるので、この数サイクル分の応答遅れが生じ、周波
数変化に対する応答性が極めて悪くなるという問題があ
る。また、新たにＦ−Ｖ変換器が必要であり、回路構成
が複雑になるという問題がある。

【０００７】特開昭６１−２６２１００号公報には、磁
石式発電機の交流出力電圧が発電機の回転数に比例する
ことに着目し、この発電機の交流出力を直接同期積分す
ることにより、周波数変化に対する応答性を改善するこ
とを目指した磁石式発電機の電圧制御装置が開示されて
いる。しかしながら、この場合、サイリスタの導通によ
り発電機の交流出力電圧がきれいな正弦波にはならない
ので、これを直接積分して得られる信号波形の波高も一
定にならない。したがって、周波数変化に追随した電圧
制御ができなくなってしまうという問題がある。

【０００８】さらに、上述した２つの公報に記載された
発明をはじめとして従来の磁石式発電機の電圧制御装置
では、次に述べるような３つの問題がある。第１の問題
として、エンジンが回転を始めると同時に位相制御素子
が動作し発電機が電力の供給を開始してしまうので、接
続された負荷が動力負荷となってエンジンのスタ−トを
妨げてしまうという問題がある。第２の問題として、バ
ッテリの接続端子が外れてしまった場合、発電機の電力
が直接負荷にかかり過大電圧によって電気系統負荷が破
壊されてしまうという問題がある。そして、第３の問題
として、接続されている負荷の容量が大きい場合、負荷
が切れた後にも発電機の制御遅れ時間分だけ負荷が切れ
る前の大電力を発電機が発電するので、バッテリの電圧
および電流が一時的に急激に上昇してしまうという問題
がある。

【０００９】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、その目的とするところは、磁石式発
電機の交流出力の周波数が発電機の回転数にともなって
変化する場合において、周波数変化に対する応答性の優
れた電圧制御装置を提供することである。

【００１０】さらに、本発明の目的は、エンジンの回転
数あるいは負荷の状態等の車両状態に対する追随性に優
れた電圧制御装置を提供することである。すなわち、具
体的には、エンジンの円滑なスタ−トを妨げることがな
い電圧制御装置を提供することであり、また、バッテリ
の接続端子が外れてしまった場合においても、過大電圧
が発生することのない電圧制御装置を提供することであ
る。さらに、接続されている大容量の負荷を切った場合
においても、バッテリの出力電圧および電流が一時的に
急激に上昇してしまうことのない電圧制御装置を提供す
ることである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明によれば、磁石式発電機と、前記磁石式発電
機の出力を整流する整流素子および位相制御素子からな
る整流ブリッジ回路と、前記整流ブリッジ回路の出力に
より充電されるバッテリと、該バッテリ電圧と予め定め
た所定の電圧とを比較しバッテリ電圧が所定の電圧より
高いときはコンデンサを充電し、前記バッテリ電圧が所
定の電圧より低いときはコンデンサを放電させる充放電
回路と、前記コンデンサの電圧を基準電圧として出力す
る基準電圧発生回路と、前記磁石式発電機の交流出力電
圧を入力として該交流出力電圧の積分電圧と前記基準電
圧とにより前記位相制御素子を制御して前記磁石式発電
機の発電電圧の位相制御を行う位相制御回路と、を有す
る磁石式発電機の電圧制御装置において、前記基準電圧
発生回路の出力の前記基準電圧が前記位相制御回路に入
力されないように制限する制限手段と、前記基準電圧の
代わりに前記位相制御回路に予め定めた電圧を出力する
代替基準電圧を発生する手段とを備えた基準電圧制御回
路を有することを特徴とする磁石式発電機の電圧制御装
置が提供される。

【００１２】また、本発明によれば、前記基準電圧制御
回路が、前記磁石式発電機の交流出力電圧から該磁石式
発電機の回転数を検出する手段と、該回転数が予め定め
られた基準回転数以下の場合に前記制限手段を作動させ
るとともに、前記代替基準電圧を発生することを特徴と
する前記磁石式発電機の電圧制御装置が提供される。

【００１３】さらに、本発明によれば、前記基準電圧制
御回路が、前記バッテリの電圧を検出する手段と、該バ
ッテリ電圧が予め定められた基準電圧幅でない場合に前
記制限手段を作動させるとともに、前記代替基準電圧を
発生することを特徴とする前記磁石式発電機の電圧制御
装置が提供される。

【００１４】

【作用】本発明の磁石式発電機の電圧制御装置において
は、基準電圧発生回路がバッテリ電圧を検出し、この電
圧変化に追随した基準電圧を発生する。すなわち、バッ
テリ電圧が大きくなった場合は、基準電圧出力を大きく
し、逆にバッテリ電圧が小さくなった場合は、基準電圧
出力を小さくする。バッテリ電圧は、発電機の交流出力
信号の周波数に依存して変化するので、結果として、発
電機の交流出力信号の周波数変化に対応した基準電圧が
基準電圧発生回路から供給される。

【００１５】そして、位相制御回路において、この基準
電圧と発電機出力の積分出力である鋸歯状信号とが比較
され、基準電圧と鋸歯状信号との交点によって定まるト
リガ信号が位相制御素子に供給される。すなわち、発電
機の交流出力信号の周波数が小さい場合は、トリガ信号
の周波数も小さくなり位相制御素子が点弧するまでの時
間間隔が長くなる。逆に発電機の交流出力信号の周波数
が大きい場合は、トリガ信号の周波数も大きくなり位相
制御素子が点弧するまでの時間間隔が短くなり、発電機
から最適な電力がバッテリと負荷に供給されるようにな
る。このようにして、発電機の交流出力信号の周波数変
化に対する応答性が極めて優れた電圧制御が可能にな
る。

【００１６】また、本発明の磁石式発電機の電圧制御装
置においては、基準電圧制御回路が、エンジンの回転数
が所定の値になるまで基準電圧発生回路から位相制御回
路への基準電圧の供給を制限することにより、エンジン
始動直後に発電機から負荷へ大電力が供給されることが
ない。その結果、エンジンの円滑な始動を妨げることが
ない。

【００１７】本発明の基準電圧制御回路は、さらにバッ
テリの出力電圧をモニタし、この出力電圧が所定の基準
電圧幅にはいっていない場合、充放電回路の出力線に一
定の異常電圧信号を出力する。これにより、基準電圧発
生回路から出力される基準電圧の大きさにかかわらず、
比較回路に一定電圧が入力されるので位相制御回路によ
る位相制御が制限される。その結果、発電機から負荷へ
電力が供給されなくなる。これにより、バッテリ端子が
外れた場合等の異常が発生した場合においても、発電機
の電力が負荷へ供給されて過大電圧が発生して負荷が破
壊されてしまうことを防止することができる。

【００１８】さらに、基準電圧制御回路は、外部から供
給される大容量の負荷のオフ信号に応答して充放電回路
の出力線に一定の異常電圧信号を出力する。これによ
り、基準電圧発生回路から出力される基準電圧の大きさ
にかかわらず、比較回路に一定電圧が入力されるので位
相制御回路による位相制御が制限され、発電機の電力が
負荷へ供給されなくなる。その結果、接続されている大
容量の負荷を切った場合においても、バッテリの出力電
圧および電流が一時的に急激に上昇してしまうことを防
ぐことができる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。図１は、本発明の一実施例の磁石式発
電機の電圧制御装置１００の全体構成図である。同図に
おいて、１は磁石式発電機であり、電機子巻線に接続さ
れた交流出力端子１ａ、１ｂ、１ｃに３相の交流出力を
誘起するものである。この磁石式発電機の交流出力端子
１ａ、１ｂ、１ｃに３つのサイリスタからなる位相制御
素子２、２、２と３つのダイオ−ドからなる整流素子
３、３、３が接続され、全体として３相の全波整流器付
発電機４が形成されている。サイリスタ２、２、２のカ
ソ−ドは共通してバッテリ５のプラス側端子に接続さ
れ、ダイオ−ド３、３、３のアノ−ドは共通してバッテ
リ５のマイナス側端子に接続されている。またバッテリ
５には負荷６が接続されている。以上の構成はいずれも
周知なものである。

【００２０】図１において、破線で囲まれた７は位相制
御回路であり、８は基準電圧発生回路であり、９は基準
電圧制御回路である。３つの位相制御回路７、７、７は
全て同一の構成からなり、交流出力端子１ａ、１ｂ、１
ｃに接続された同期信号発生回路１０、積分回路１１、
比較回路１２およびゲ−ト回路１３からなっている。ゲ
−ト回路１３の出力はサイリスタ２、２、２のゲ−ト端
子に接続されている。基準電圧発生回路８はバッテリ５
のプラス側端子に接続された電圧検出回路１４および充
放電回路１５からなっている。充放電回路１５の出力は
位相制御回路７内の比較回路１２の一方の入力に接続さ
れている。

【００２１】基準電圧制御回路９は、同期信号発生回路
１０の出力と充放電回路１５の出力とに接続されたソフ
トスタ−ト回路１６、バッテリの出力と充放電回路１５
の出力とに接続された電圧監視回路１７、および充放電
回路１５の出力に接続された外部オン・オフ制御回路１
８からなっている。また、ソフトスタ−ト回路１６の出
力と電圧監視回路１７の出力は、運転者に異常を知らせ
るためのインジケ−タ・ランプの駆動回路１９に接続さ
れている。

【００２２】次に図１の電圧制御装置１００の動作につ
いて説明する。図２は図１の電圧制御装置１００の位相
制御回路の各部動作波形を示す図である。図２の（ａ）
の交流入力信号（Ｖｉｎ）は同期信号発生回路１０に入
力され、入力信号（Ｖｉｎ）に同期した矩形信号（Ｖ
ｔ）として出力される。矩形信号Ｖｔは積分回路１１に
入力され、矩形信号（Ｖｔ）の１パルス時間積分されて
鋸歯状信号（Ｖｆ）として出力される。鋸歯状信号（Ｖ
ｆ）は比較回路１２に入力され、基準電圧発生回路８か
ら供給される基準電圧Ｖｒと比較され、基準電圧Ｖｒと
の交点Ｐで立ち上がるトリガ信号（Ｖｇ）が出力され
る。最後に、トリガ信号（Ｖｇ）はゲ−ト回路１３に入
力され、所定の波高値を持つゲ−ト信号に増幅整形され
てサイリスタ２のゲ−ト端子に供給される。サイリスタ
２は、ゲ−ト信号により位相制御される。

【００２３】図２の（ｂ）に示されているように、例え
ば、交流入力信号（Ｖｉｎ’）の周波数が２倍になった
場合、同期信号発生回路１０から出力される矩形信号Ｖ
ｔ’のパルス幅は周波数の増加にともなって半分にな
る。積分回路１１において、積分定数が一定であるため
に、パルス幅が短くなった分だけ出力される鋸歯状信号
（Ｖｆ’）の波高値も小さくなる。そして、鋸歯状信号
（Ｖｆ’）の波高ピ−クＰ’は、図２の（ａ）鋸歯状信
号（Ｖｆ）の波高ピ−クＰの約半分になり、基準電圧Ｖ
ｒよりも小さくなる。この時、基準電圧発生回路８から
供給される基準電圧Ｖｒ’も後述するようにバッテリ電
圧の変化に応じて変化する、すなわちバッテリ電圧が所
定の参照電圧よりも低くなると基準電圧Ｖｒ’も小さく
なる。したがって、図２の（ａ）の場合と同様に、鋸歯
状信号（Ｖｆ’）と基準電圧Ｖｒ’との交点Ｐ’で立ち
上がるトリガ信号（Ｖｇ’）が出力される。このトリガ
信号（Ｖｇ’）のパルス幅は交流入力信号（Ｖｉｎ’）
の周波数の増加に対応して約半分になっているので、サ
イリスタ２の制御角を約半分にして位相制御することが
できる。

【００２４】次に、基準電圧発生回路８における基準電
圧の発生動作について説明する。バッテリ５の電圧（Ｖ
ｂｔ）が電圧検出回路１４に入力され、参照電圧（Ｖｒ
ｅｆ）と比較される。この参照電圧（Ｖｒｅｆ）は参照
電圧回路において適時可変される。電圧信号（Ｖｂｔ）
が参照電圧（Ｖｒｅｆ）よりも大きい場合、充放電回路
１５内に設けられたコンデンサを充電し、逆に小さい場
合はコンデンサから放電が起こる。

【００２５】そして、コンデンサの電圧信号が基準電圧
（Ｖｒ）として位相制御回路７内の比較回路１２に入力
される。したがって、基準電圧（Ｖｒ）はバッテリ５の
電圧（Ｖｂｔ）に応じて変化する。すなわち、バッテリ
５の電圧（Ｖｂｔ）が大きい場合は基準電圧（Ｖｒ）は
大きくなり、逆にバッテリ５の電圧（Ｖｂｔ）が小さい
場合は基準電圧（Ｖｒ）は小さくなる。バッテリ５の電
圧（Ｖｂｔ）は、磁石式発電機１の発電電圧、すなわち
交流入力信号（Ｖｉｎ’）の電圧に依存して変化し、磁
石式発電機１の発電電圧は、発電機の回転数に比例する
ので、結果として、図２の（ｂ）に示されているよう
に、交流入力信号（Ｖｉｎ’）の周波数の変化に対応し
た基準電圧（Ｖｒ’）が基準電圧発生回路８から供給さ
れることになる。このように、本発明の基準電圧発生回
路はいわゆるフィ−ドバック制御をおこなっている。

【００２６】以上のようにして、出力電圧すなわち位相
制御回路７の出力電圧であるバッテリ５の電圧（Ｖｂ
ｔ）が目標電圧よりも大きい場合は、基準電圧（Ｖｒ）
が大きくなりサイリスタの位相制御角が大きくなる。そ
の結果、サイリスタ２が点弧するまでの時間間隔が長く
なり、バッテリ５に電力が供給されるまでの時間が長く
なる。逆に位相制御回路７の出力電圧が目標電圧よりも
小さい場合は、基準電圧（Ｖｒ）が小さくなってサイリ
スタの位相制御角が小さくなる。その結果、サイリスタ
２が点弧するまでの間隔が短くなり、バッテリ５に電力
が供給される時間サイクルも短くなる。すなわち、発電
機からより多くの電力がバッテリに供給されるようにな
る。このようにサイリスタの位相制御角を制御すること
により、発電機の出力電圧を一定に維持することができ
る。

【００２７】次に、基準電圧制御回路９における基準電
圧の制御動作について説明する。ソフトスタ−ト回路１
６は、同期信号発生回路１０の出力を受けて、その出力
により発電機の回転数をモニタする。そして、発電機の
回転数が予め設定された値になるまで基準電圧が基準電
圧発生回路８から比較回路１２へ供給されることを制限
する。すなわち、ソフトスタ−ト回路１６は、発電機の
回転数が予め設定された値になるまで、電圧検出回路１
４の出力電圧の大きさに拘らず充放電回路１５から基準
電圧が比較回路１２へ供給されないようにする。そし
て、発電機の回転数が予め設定された値になると、その
制限を解除し基準電圧発生回路８から充放電回路１５を
介して基準電圧が供給されるようにする。その際、発電
機からの電力供給前は、バッテリ電圧が低いので通常サ
イリスタの位相制御角が最小になっている。したがっ
て、位相制御の開始に際して、いきなり基準電圧発生回
路８から比較回路１２へバッテリの電圧に応じた小さな
基準電圧が供給されてしまうと、発電機の出力電圧は位
相制御されずに、最大電力が負荷に供給され、その結
果、発電機の出力電流が最大、すなわち発電機の駆動負
荷が大となり、エンジンの円滑な始動が妨げられること
になってしまう。

【００２８】これを防ぐために、発電機の回転数が予め
設定された値以下の場合、ソフトスタ−ト回路１６が基
準電圧発生回路８に代わって大きな基準電圧を出力し、
サイリスタの位相制御角をまず大きくし、発電機から負
荷へ大電力が供給されることを防ぐ。そして、発電機の
回転数の上昇に応じて、ソフトスタ−ト回路１６はその
出力を止め、基準電圧が基準電圧発生回路８から比較回
路１２へ供給されるようにする。すなわち、ソフトな位
相制御が開始されることになる。

【００２９】また、同時にソフトスタ−ト回路１６の出
力はインジケ−タ・ランプ駆動回路１９に供給され、ベ
ルト切れ等のエンジンから発電機への動力伝達異常があ
った場合にインジケ−タ・ランプを点灯させる。この一
連の動作により、エンジンが回転を始めると同時に位相
制御素子が動作し発電機が電力の供給を開始してしま
い、接続された負荷が動力負荷となってエンジンのスタ
−トを妨げてしまうことを防ぐことができる。また、運
転者はインジケ−タ・ランプの点灯によりベルト切れ等
によるエンジンから発電機への動力伝達異常があったこ
とを知ることができる。

【００３０】電圧監視回路１７は、バッテリ５の電圧を
モニタし、この電圧が所定の基準電圧幅にはいっていな
い場合、充放電回路１５の出力線に一定の異常電圧信号
を出力する。これにより、基準電圧発生回路８から出力
される基準電圧の大きさにかかわらず、比較回路１２に
所定の制御電圧が入力されるので位相制御回路７による
位相制御が制限される。すなわち、発電機の電力が負荷
へ供給されなくなる。なお、電圧監視回路１７における
所定の基準電圧幅は、発電機および制御回路系が正常動
作をしている場合に許容されうる発電機の電圧出力幅に
基づいて設定される。同時に、電圧監視回路１７の出力
信号は、インジケ−タ・ランプの駆動回路１９に入力さ
れ、インジケ−タ・ランプ駆動回路が動作してインジケ
−タ・ランプが点灯する。この一連の動作により、バッ
テリ端子が外れた場合等の異常が発生した場合において
も、発電機の電力が負荷へ供給されて過大電圧が発生し
て負荷が破壊されてしまうことを防止することができ
る。また、運転者はインジケ−タ・ランプの点灯により
バッテリ端子が外れた場合等の異常を知ることができ
る。

【００３１】次に、外部オン・オフ制御回路１８による
基準電圧の制御について説明する。発電機の出力線に接
続された大容量の負荷が発電機からの電力供給を止める
ために、リレ−等の接点をオフする場合、位相制御系の
時間遅れによって負荷が切れた後にも電力が発電機から
負荷へ供給されてしまう。負荷の容量が小さい場合はこ
の電力供給はほとんど問題にならないが、負荷の容量が
大きい場合は、図３に見られるような、出力電圧および
電流の一時的な跳ね上がり現象が発生する。この跳ね上
がり現象を回避するために、外部オン・オフ制御回路１
８は、リレ−等の接点が実際にオフする前に外部から負
荷をオフする信号を受け、そのオフ信号に応答して充放
電回路１５の出力線に一定の制御電圧信号を出力する。
これにより、基準電圧発生回路８から出力される基準電
圧の大きさにかかわらず、比較回路１２に一定電圧が入
力されるので位相制御回路７による位相制御が制限され
る。すなわち、発電機の電力が負荷へ供給されなくな
る。そして、発電機から負荷への電力供給が完全に停止
した後に大容量負荷への電力供給線のリレ−等の接点が
オフする。この一連の動作により、接続されている大容
量の負荷を切った場合においても、バッテリの出力電圧
および電流が一時的に急激に上昇してしまうことを防ぐ
ことができる。

【００３２】図４は本発明の一実施例の位相制御回路を
示した図である。同図に示された３つの位相制御回路は
いずれも同じ構成からなっている。さらに、位相制御回
路はそれぞれ鎖線で囲まれた同期信号発生回路１０、積
分回路１１、比較回路１２、およびゲ−ト回路１３から
なっている。なお、図４において、英文字Ｒ、Ｄ、Ｃ、
ＴｒまたはＯＰは、それぞれ抵抗、ダイオ−ド、コンデ
ンサ、トランジスタまたはオペアンプを示している。さ
らに、ＶＣＣは電源であり、ＧＮＤはグランドである。

【００３３】図４の同期信号発生回路１０においては、
従来のトランスを使用するトランス入力型あるいは抵抗
器を使用する抵抗分圧型に代わって、発光ダイオ−ドと
フォトトランジスタからなる光結合素子２０を使用して
発電機からの交流入力を受けている。この場合、光を仲
立ちとして信号の受渡しを行っているので、発電機と制
御回路系との絶縁性が向上し、さらに発電機からの電気
的雑音の影響が低減されて高信頼性が確保できる。

【００３４】図５は本発明の一実施例の基準電圧発生回
路８および基準電圧制御回路９を示した図である。同図
において、基準電圧発生回路８は鎖線で囲まれた電圧検
出回路１４、および充放電回路１５からなっている。基
準電圧制御回路９は、鎖線で囲まれたソフトスタ−ト回
路１６、電圧監視回路１７、および外部オン・オフ制御
回路１８から構成されている。なお、図５において、英
文字Ｒ、Ｄ、Ｃ、ＴｒまたはＯＰは、それぞれ抵抗、ダ
イオ−ド、コンデンサ、トランジスタまたはオペアンプ
を示している。さらに、ＶＣＣは電源であり、ＧＮＤは
グランドである。

【００３５】電圧検出回路１４は、バッテリ電圧を抵抗
Ｒ１４、Ｒ１５で分圧しオペアンプＯＰ４の反転入力側
（−）に入力し、もう片側の非反転入力（＋）には電源
電圧ＶＣＣをＲ１７とＲ１６とで分圧した電圧を入力し
てある。オペアンプＯＰ４は比較器として作動するの
で、非反転入力側の電圧を基準の電圧として反転側の電
圧すなわちバッテリ電圧を比較し、バッテリ電圧が基準
の電圧よりも高い場合はＯＰ４の出力はローレベルとな
りＴｒ３がオンし、充放電回路１５のコンデンサＣ７は
Ｒ２０を経由して充電される。また、バッテリ電圧が基
準の電圧よりも低い場合はＯＰ４の出力はハイレベルと
なりＴｒ３がオフし、充放電回路１５のコンデンサＣ７
はＲ２５を経由して放電する。上記コンデンサＣ７の電
圧が基準電圧として、位相制御回路７の比較回路１２に
出力されているので、バッテリ電圧が高い場合は、高い
電圧の基準電圧が、逆にバッテリ電圧が低い場合は低電
圧の基準電圧が出力されることになる。抵抗Ｒ２０とＲ
２５とは、それぞれコンデンサＣ７の充電と放電の時定
数を与えるもので、抵抗Ｒ２０とＲ２５の抵抗値を大き
くすると時定数が大きくなり基準電圧の変動が小さくな
るが応答性が悪化する。また、抵抗Ｒ２０とＲ２５の抵
抗値を小さくすると時定数が小さくなり応答性は良くな
るが基準電圧の変動が大きくなる。したがって、Ｒ２０
とＲ２５の抵抗値は応答性と変動との両者のバランスの
良い抵抗値に決定される。

【００３６】次に、ソフトスタート回路１６の動作を説
明する。ソフトスタート回路１６は、位相制御回路７の
同期信号発生回路１０の出力信号をオペアンプＯＰ６の
非反転入力側（＋）に入力し、もう片側の反転入力
（−）には電源電圧ＶＣＣをＲ３５とＲ３４とで分圧し
た電圧を入力してある。オペアンプＯＰ６は比較器とし
て作動するので、反転入力側の電圧を基準の電圧として
非反転側の電圧すなわち発電機の交流出力電圧に同期し
た電圧信号とを比較し、発電機の交流出力電圧が基準の
電圧よりも低い場合はＯＰ４の出力はローレベルとなり
Ｔｒ５がオンし、コンデンサＣ９をＲ３１を経由して充
電する。また、発電機の交流出力電圧が基準の電圧より
も高い場合はＯＰ６の出力はハイレベルとなりＴｒ５が
オフし、コンデンサＣ９はＲ３２を経由して放電する。
ここで、Ｃ９、Ｒ３１及びＲ３２を適当な値とし、Ｃ９
の電圧を発電機の周波数すなわち回転数に比例する電圧
としてある。すなわち、周波数−電圧変換回路を構成し
てある。このＣ９の電圧すなわち発電機の回転数に比例
した電圧を、オペアンプＯＰ５の反転入力側（−）に入
力し、もう片側の非反転入力（＋）には電源電圧ＶＣＣ
をＲ２８とＲ２９とで分圧した電圧を入力してある。オ
ペアンプＯＰ５は比較器として作動するので、非反転入
力側の電圧を基準の電圧として反転側の電圧すなわち発
電機の回転数に比例した電圧とを比較し、発電機の回転
数に比例した電圧が基準の電圧よりも低い場合、すなわ
ち発電機の回転数が基準の値よりも低い場合はＯＰ５の
出力はハイレベルとなり、前述のコンデンサＣ７を充電
し高電圧に保ち、同時にＤ９を経由してＴｒ６がオンさ
れインジケータランプが点灯する。しかしながら、発電
機の回転数に比例した電圧が基準の電圧よりも高い場
合、すなわち発電機の回転数が基準の値よりも高い場合
はＯＰ４の出力はローレベルとなり、前述のコンデンサ
Ｃ７の電圧に影響を与えず、インジケータランプも点灯
しない。

【００３７】次に、電圧監視回路１７の動作を説明す
る。電圧監視回路１７は、前記ソフトスタート回路１４
のバッテリ電圧を分圧した電圧信号をオペアンプＯＰ７
の非反転入力側（＋）に、ＯＰ８の反転入力側（−）に
入力し、ＯＰ７の反転入力（−）には電源電圧ＶＣＣを
Ｒ３６とＲ３７＋Ｒ３８とで分圧した電圧を入力してあ
り、ＯＰ８の非反転入力（＋）には電源電圧ＶＣＣをＲ
３６＋Ｒ３７とＲ３８とで分圧した電圧を入力してあ
る。また、オペアンプＯＰ７とＯＰ８との出力はそれぞ
れダイオードＤ１０とＤ１１とで接続されているので、
オペアンプＯＰ７とＯＰ８のいずれかのオペアンプがハ
イレベルならば電圧監視回路１７の出力はハイとなるい
わゆるＡＮＤ回路となっている。オペアンプＯＰ７とＯ
Ｐ８とは比較器として作動するので、ＯＰ７は反転入力
側の電圧を基準の電圧として非反転側の電圧すなわちバ
ッテリ電圧とを比較し、バッテリ電圧がＲ３６、Ｒ３
７、及びＲ３８とで決定される基準の電圧よりも高い場
合ハイレベルの出力、すなわちバッテリ電圧が予め設定
された電圧（Ｈ）よりも高くなった場合電圧監視回路１
７の出力はハイレベルとなる。また、ＯＰ８は非反転入
力側の電圧を基準の電圧として反転側の電圧すなわちバ
ッテリ電圧とを比較し、バッテリ電圧がＲ３６、Ｒ３
７、及びＲ３８とで決定される基準の電圧よりも低い場
合ハイレベルの出力、すなわちバッテリ電圧が予め設定
された電圧（Ｌ）よりも低くなった場合電圧監視回路１
７の出力はハイレベルとなる。バッテリ電圧が電圧
（Ｈ）と電圧（Ｌ）との間にあるときは、電圧監視回路
１７の出力はローレベルとなる。この電圧監視回路１７
の出力は、前述のコンデンサＣ７に接続されているの
で、バッテリ電圧が電圧（Ｈ）よりも高いか又は電圧
（Ｌ）よりも低い場合は、Ｃ７の電圧を高電圧に保ち、
同時にＤ１２を経由してＴｒ６がオンされインジケータ
ランプが点灯する。しかしながら、バッテリ電圧が電圧
Ｈと電圧Ｌとの間にあるときはＣ７の電圧に影響を与え
ず、インジケータランプも点灯しない。本回路はＲ３
６、Ｒ３７、及びＲ３８を適当に設定することにより、
バッテリ電圧の過電圧、電圧（Ｈ）及び低電圧、電圧
（Ｌ）の監視を自在にするものである。

【００３７】最後に、外部負荷オン・オフ制御回路１８
の動作を説明する。外部負荷オン・オフ制御回路１８
は、リレ−等の接点が実際にオフする前に外部から負荷
をオフする信号、負荷オフ信号がＲ２１を経由してＴｒ
１４のベースに入力されており、Ｔｒ４の出力はＲ２３
を経由して、前述のコンデンサＣ７に接続されているの
で、負荷オフ信号（ローレベル）によりＴｒ１４がオン
されＣ７の電圧を高電圧に保ち、負荷オフ信号がない場
合はＴｒ１４はオフされＣ７の電圧には影響を与えな
い。

【００３８】以上好ましい実施例について説明したが、
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明
の要旨を変更しない範囲内において各種の変更が可能で
ある。例えば、図４および図５に示した位相制御回路、
基準電圧発生回路および基準電圧制御回路はあくまで一
例であり、他の構成による回路を用いてもよいことは言
うまでもない。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁石式発
電機の電圧制御装置は、基準電圧発生回路がバッテリ電
圧を検出し、この電圧変化に追随した基準電圧を発生す
る。バッテリ電圧は、発電機の交流出力信号の周波数に
依存して変化するので、結果として、発電機の交流出力
信号の周波数変化に対応した基準電圧が基準電圧発生回
路から供給される。そして、位相制御回路において、こ
の基準電圧と発電機出力の積分出力である鋸歯状信号と
が比較され、基準電圧と鋸歯状信号との交点によって定
まるトリガ信号を位相制御素子に供給する。すなわち、
発電機の交流出力信号の周波数が小さい場合は、トリガ
信号の周波数も小さくなり位相制御素子が点弧するまで
の時間間隔が長くなる。逆に発電機の交流出力信号の周
波数が大きい場合は、トリガ信号の周波数も大きくなり
位相制御素子が点弧するまでの時間間隔が短くなり、発
電機から最適な電力がバッテリと負荷に供給されるよう
になる。このようにして、発電機の交流出力信号の周波
数変化に対する応答性が極めて優れた電圧制御が可能に
なる。

【００４０】また、本発明の磁石式発電機の電圧制御装
置は、基準電圧発生回路がいわゆるフィ−ドバック制御
によりバッテリ電位に追随した基準電圧出力を発生す
る。したがって、発電機の回転変動のみならず、バッテ
リに接続された負荷の変動あるいは発電機の磁石の経時
変化等に対しても追随性の極めて良好な電圧制御ができ
る。

【００４１】さらに、本発明の磁石式発電機の電圧制御
装置は、基準電圧制御回路が、エンジンの回転数が所定
の値になるまで基準電圧発生回路から位相制御回路への
基準電圧の供給を制限することにより、エンジン始動直
後に発電機から負荷へ大電力が供給されることが制限さ
れる。その結果、エンジンの円滑な始動を妨げることが
なく、エンジンの状態に追随した極めて良好な電圧制御
ができる。

【００４２】さらに、本発明の磁石式発電機の電圧制御
装置は、基準電圧制御回路が、バッテリの出力電圧をモ
ニタし、この出力電圧が所定の基準電圧幅にはいってい
ない場合、充放電回路の出力線に一定の異常電圧信号を
出力する。これにより、基準電圧発生回路から出力され
る基準電圧の大きさにかかわらず、比較回路に一定電圧
が入力されるので位相制御回路による位相制御が制限さ
れる。その結果、発電機から負荷へ電力が供給されなく
なる。これにより、バッテリ端子が外れた場合等の異常
が発生した場合においても、発電機の電力が負荷へ供給
されて過大電圧が発生して負荷が破壊されてしまうこと
を防止することができる。

【００４３】さらに、本発明の磁石式発電機の電圧制御
装置は、基準電圧制御回路が、外部から供給される大容
量の負荷のオフ信号に応答して充放電回路の出力線に一
定の異常電圧信号を出力する。これにより、基準電圧発
生回路から出力される基準電圧の大きさにかかわらず、
比較回路に一定電圧が入力されるので位相制御回路によ
る位相制御が制限され、電力が発電機から負荷へ供給さ
れなくなる。その結果、接続されている大容量の負荷を
切った場合においても、バッテリの出力電圧および電流
が一時的に急激に上昇してしまうことを防ぐことができ
る。

【００４４】さらに、本発明の磁石式発電機の電圧制御
装置は、位相制御回路が、光結合素子を使用して発電機
からの交流入力を受けている。したがって、光を仲立ち
として信号の受渡しを行っているので、発電機と制御回
路系との絶縁性が向上し、さらに発電機からの電気的雑
音の影響が低減されて高信頼性が確保できる。

【００４５】さらに、本発明の磁石式発電機の電圧制御
装置は、Ｆ−Ｖ変換器等の複雑な回路を必要としないの
で、回路構成が簡単であり装置の寸法を小さくでき、コ
ストの低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の磁石式発電機の電圧制御装
置の全体構成図である。

【図２】本発明の電圧制御装置内の位相制御回路の各部
動作波形を示す図である。

【図３】本発明の一実施例の負荷をオフした場合のバッ
テリ出力電圧および電流を示した図である。

【図４】本発明の一実施例の位相制御回路を示した図で
ある。

【図５】本発明の一実施例の基準電圧発生回路および基
準電圧制御回路を示した図である。

【図６】従来の位相制御回路の各部動作波形を示す図で
ある。

【図７】従来の位相制御回路の各部動作波形を示す図で
ある。

【符号の説明】

１磁石式発電機２位相制御素子（サイリスタ）３整流素子（ダイオ−ド）４全波整流器付発電機５バッテリ６負荷７位相制御回路８基準電圧発生回路９基準電圧制御回路１０同期信号発生回路１１積分回路１２比較回路１３ゲ−ト回路１４電圧検出回路１５充放電回路１６ソフトスタ−ト回路１７電圧監視回路１８外部オン・オフ制御回路１９インジケ−タ・ランプ駆動回路２０光結合素子１００電圧制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁石式発電機と、前記磁石式発電機の出力
を整流する整流素子および位相制御素子からなる整流ブ
リッジ回路と、前記整流ブリッジ回路の出力により充電
されるバッテリと、該バッテリ電圧と予め定めた所定の
電圧とを比較しバッテリ電圧が所定の電圧より高いとき
はコンデンサを充電し、前記バッテリ電圧が所定の電圧
より低いときはコンデンサを放電させる充放電回路と、
前記コンデンサの電圧を基準電圧として出力する基準電
圧発生回路と、前記磁石式発電機の交流出力電圧を入力
として該交流出力電圧の積分電圧と前記基準電圧とによ
り前記位相制御素子を制御して前記磁石式発電機の発電
電圧の位相制御を行う位相制御回路と、を有する磁石式
発電機の電圧制御装置において、前記基準電圧発生回路の出力の前記基準電圧が前記位相
制御回路に入力されないように制限する制限手段と、前
記基準電圧の代わりに前記位相制御回路に予め定めた電
圧を出力する代替基準電圧を発生する手段とを備えた基
準電圧制御回路を有することを特徴とする磁石式発電機
の電圧制御装置。
【請求項２】前記基準電圧制御回路が、前記磁石式発電
機の交流出力電圧から該磁石式発電機の回転数を検出す
る手段と、該回転数が予め定められた基準回転数以下の
場合に前記制限手段を作動させるとともに、前記代替基
準電圧を発生することを特徴とする請求項１記載の磁石
式発電機の電圧制御装置。
【請求項３】前記基準電圧制御回路が、前記バッテリの
電圧を検出する手段と、該バッテリ電圧が予め定められ
た基準電圧幅でない場合に前記制限手段を作動させると
ともに、前記代替基準電圧を発生することを特徴とする
請求項１記載の磁石式発電機の電圧制御装置。
【請求項４】前記基準電圧制御回路が、前記バッテリに
接続される電気負荷のオフを知らせる信号を検出し、該
信号を検出した場合に前記制限手段を作動させるととも
に、前記代替基準電圧を発生することを特徴とする請求
項１記載の磁石式発電機の電圧制御装置。