JPH10271897A - 車両用発電制御装置 - Google Patents

車両用発電制御装置

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JPH10271897A
JPH10271897A JP9068020A JP6802097A JPH10271897A JP H10271897 A JPH10271897 A JP H10271897A JP 9068020 A JP9068020 A JP 9068020A JP 6802097 A JP6802097 A JP 6802097A JP H10271897 A JPH10271897 A JP H10271897A
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power generation
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Tadashi Uematsu
忠士 植松
Tadatoshi Asada
忠利 浅田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 バッテリより励磁コイルに励磁電流を給電し
て励磁する他励型発電機の励磁電流制御装置において、
発電機が適切な回転数に達すると確実に励磁を開始し、
発電機が停止時においては確実にその暗電流を抑止し、
塩水等の被水によるリーク電流に対しても誤作動による
励磁電流の通電を防止できる車両用発電機の励磁電流制
御装置を提供する。 【解決手段】 励磁巻線15の界磁束を増強せしめるよ
うに永久磁石14を配置した回転子を備える発電機1の
固定子巻線11は永久磁石14の磁束に基づいて交流電
圧Vacを発生し、この交流電圧Vacを整流する電源
回路4により、発電状態判定手段5は給電されるのでバ
ッテリからの電源が不要となる、また、交流電圧Vac
の周波数を検出し、所定周波数以上の時に励磁電流を通
電することにより、リーク電流が生じても、車両停車時
にバッテリから励磁電流を持ち出し、バッテリを放電さ
せる事がない。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両用交流発電機
の励磁電流制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の他励型発電機はバッテリから励磁
巻線へ励磁電流を供給するので、固定子巻線に発生した
発電電圧により励磁巻線へ励磁電流を給電する自励型発
電機に比較し、発電機の立ち上がり特性が格段に素早く
なる。しかしながら、他励型発電機ではバッテリ充電に
必要な回転数に達する以前においてもバッテリから励磁
電流を持ち出す無駄があった。
【0003】特開平6−276796号公報は、軟磁性
の回転子コアの残留磁束により発生する固定子巻線端子
の発電電圧の立ち上がりを検出し、その後励磁巻線に励
磁電流を通電することを提案している。また、特開平8
−205497号公報は、軟磁性の回転子コアの残留磁
束の代わりに回転子コアに併設した永久磁石の磁束を利
用することを提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記公
報が提案する他励型発電機の励磁電流制御装置では、軟
磁性の回転子コアの残留磁束もしくは回転子コアに併設
した永久磁石の磁束により発生する固定子巻線端子の発
電電圧の立ち上がりを検出する検出回路の電源はバッテ
リをその電源としており、発電機が停止中も常時動作す
るものである。即ちバッテリの暗電流が増加し、車両の
停車状態が長時間継続するとバッテリが放電し、車両エ
ンジンの稼働開始を妨げる事となった。
【0005】また、上記公報が提案する他励型発電機の
励磁電流制御装置では、固定子巻線端子の電圧を検出し
て励磁巻線に励磁電流を通電するので、整流器のバッテ
リ端子と固定子巻線端子間に、一時的に塩水等の被水が
ある場合、バッテリより固定子巻線端子にリーク電流が
流れ込み、この結果固定子巻線端子に電圧が発生し、発
電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したと誤検出す
ることで励磁電流を通電し、バッテリから電流を持ち出
し、バッテリを放電させる心配があった。
【0006】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、バッテリから励磁巻線へ励磁電流を供給して励磁す
る発電機において、発電機が適切な回転数に達すると確
実に励磁を開始し、発電機が停止時においては確実にそ
の暗電流を抑止し、塩水等の被水によるリーク電流に対
しても誤作動による励磁電流の通電を防止できる車両用
発電制御装置を提供することを、その目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の構成は、
励磁巻線と、固定子巻線に有効磁束が鎖交し励磁巻線が
発生する界磁束を増強せしめるように永久磁石を配置し
た回転子と、固定子巻線を配置した固定子と、固定子巻
線の発電電流を整流する整流器とを備え、エンジンによ
り駆動されてバッテリを充電する交流発電機と、励磁巻
線に通電する励磁電流を断続し前記発電機の出力電圧を
制御する励磁電流制御装置とを備える車両用発電制御装
置において、固定子巻線の交流出力電圧の周波数を検出
することで発電機の稼働状態を判別し、発電機が稼働状
態である時、励磁電流制御装置に励磁電流の給電を許可
し、発電機が停止状態である時、励磁電流制御装置に励
磁電流の給電を禁止する発電状態判定手段と、固定子巻
線の交流出力電圧に応答して発電状態判定手段に給電す
る電源回路とを備え、少なくとも永久磁石による界磁束
により発生する固定子巻線の交流出力電圧にて、電源回
路と発電状態判定手段が作動することを特徴とする車両
用発電制御装置である。
【0008】即ち本構成によれば、回転子の残留磁束に
比較して格段の磁束を発生する永久磁石の磁束により生
じる発電電圧を整流して、発電状態判定手段に給電する
のでバッテリから給電する必要が無く車両が停車状態に
おいても確実にバッテリからの暗電流の持ち出しが抑止
できる。更に、発電状態判定手段は固定子巻線の交流出
力電圧の周波数を検出し、所定周波数以上の時、即ち発
電機がバッテリ充電に必要な回転数に達したと検出した
時に励磁電流の通電を許可するので、整流器のバッテリ
端子と固定子巻線端子間に塩水等の被水によるリーク電
流が生じても誤検出することがなく、車両停車時にバッ
テリから励磁電流を持ち出し、バッテリを放電させるこ
とがない。従って、車両停車時にバッテリ放電すること
なく信頼性の高い車両用の充電システムを実現できる。
【0009】本発明の第2の構成は、上記第1の構成に
おいて更に、電源回路は発電状態判定手段に給電する出
力端にコンデンサを備えることを特徴としている。本構
成によれば、電源回路は固定子巻線の交流出力電圧より
整流した電圧をコンデンサにて平滑し、平滑された電源
電圧を発電状態判定手段に給電するので、その結果、発
電状態判定手段の動作が安定する。従って、確実に発電
機がバッテリ充電に必要な回転数に達したことを検出す
るので安定した発電機の立ち上がり特性を実現できる。
【0010】本発明の第3の構成は、上記第1又は第2
の構成において更に、電源回路は固定子巻線の交流出力
電圧を1つの整流素子により整流し、発電状態判定手段
に給電することを特徴としている。本構成によれば、整
流素子による電圧降下は最小限のものとなり、電源回路
は固定子巻線の交流出力電圧が低い状態においても、発
電状態判定手段に十分高い電圧を給電することができ
る。従って、確実に発電機がバッテリ充電に必要な回転
数に達するに先だって、発電状態判定手段が動作するに
必要な電圧を電源回路は給電できるので、安定した発電
機の立ち上がり特性を実現できる。
【0011】本発明の第4の構成は、上記第3の構成に
おいて更に、整流素子は、ダイオードまたはNPNトラ
ンジスタであることを特徴としている。本構成によれ
ば、整流素子は発電状態判定手段を構成する回路素子と
同様のプロセスにて構成でき車両用発電制御装置をより
簡易に、小型に実現できる。本発明の第5の構成は、上
記第1から第4の構成において更に、永久磁石は、ラン
デル型構造である回転子の対向するSN極の爪磁極間に
挟持され固定され、永久磁石による有効磁束が、爪磁極
を介し固定子巻線に鎖交することを特徴としている。本
構成によれば、永久磁石による磁束が爪磁極を介し固定
子巻線に有効に鎖交するので、永久磁石による界磁束に
より発生する固定子巻線の交流出力電圧を十分に高くす
ることができ、安定した発電機の立ち上がり特性を実現
できる。 本発明の第6の構成は、車両用交流発電機の
固定子巻線の交流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の
周波数に基づいて前記交流発電機が所定回転数に到達し
たことを判定して、前記車両用交流発電機の励磁巻線へ
の給電を許可する許可信号を出力する回転数検出回路を
備える車両用発電制御装置において、前記車両用交流発
電機の固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力
電圧を整流して前記回転数検出回路の作動用電源として
供給する電源回路を備えることを特徴とする車両用発電
制御装置である。
【0012】この構成によると、固定子巻線の交流出力
電圧を整流して回転数検出回路の作動用電源を供給す
る。このため、エンジンが始動され車両用交流発電機が
回転を開始する前に回転数検出回路で消費される電流を
なくすことができ、かかる待機状態が長期間継続した場
合でも車載バッテリの消耗を抑えることができる。本発
明の第7の構成は、車両用交流発電機の固定子巻線の交
流出力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づい
て前記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定し
て、前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可す
る許可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発
電制御装置において、車載バッテリから前記回転数検出
回路への電源供給ラインに設けられ、前記車載バッテリ
から前記回転数検出回路への通電を制御信号に応じて断
続する半導体スイッチ素子と、前記車両用交流発電機の
固定子巻線の交流出力電圧を入力し、該交流出力電圧を
前記半導体スイッチ素子の前記制御信号として与える駆
動回路とを含み、交流出力電圧に応答して前記半導体ス
イッチ素子を導通させて車載バッテリから前記回転数検
出回路へ作動用電源を供給する電源回路とを備えること
を特徴とする車両用発電制御装置である。
【0013】この構成によると、固定子巻線の交流出力
電圧が制御信号として半導体スイッチ素子に与えられ、
回転数検出回路の作動用電源を車載バッテリから供給す
る。このため、エンジンが始動され車両用交流発電機が
回転を開始する前に回転数検出回路で消費される電流を
なくすことができ、かかる待機状態が長期間継続した場
合でも車載バッテリの消耗を抑えることができる。
【0014】本発明の第8の構成は、上記6又は7の構
成において、前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線へ
の給電が遮断された状態でも前記固定子巻線に有効磁束
を供給する磁石部材を備え、前記電源回路は前記磁石部
材のみにより生じる交流出力電圧に応答して前記回転数
検出回路へ作動用電源を供給するよう構成される。この
構成によると、励磁巻線の給電が遮断された状態でも磁
石部材により供給される有効磁束により確実に交流出力
電圧を得ることができ、周波数を検出して機能する回転
数検出回路が動作すべき回転数に達するまでに回転数検
出回路に電源を供給開始することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】以下本発明の好適な実施態様を実
施例に基づいて説明する。本発明の車両用交流発電機の
励磁電流制御装置の一実施例を図1及び図2を参照して
説明する。本実施例の車両用発電制御装置は、図示され
ないエンジンにより回転駆動される交流発電機1と、発
電機1の励磁電流を調整して発電機1から車載バッテリ
2を含む車載電気負荷へ給電する発電電流を制御するレ
ギュレータ(発電制御回路)3とを含んでいる。さら
に、このレギュレータ3は、電源回路4と、発電状態判
定手段5とを備えており、残る回路(符号31〜39、
D、Df)は励磁電流制御装置を構成している。
【0016】発電機1はランデル型の回転子コア13
と、回転子コア13に巻装された励磁巻線15と、回転
子コア13に装着された永久磁石14とからなる回転子
10を有する。さらにスター結線された三相固定子巻線
11が巻装された固定子コア(図示せず)からなる固定
子と、固定子巻線11から出力される三相交流電圧を三
相全波整流する三相全波整流器12とを有する。固定子
巻線11の各相出力端に発生する三相交流電圧は三相全
波整流器12で整流された後、バッテリ2に給電され
る。
【0017】レギュレータ3について以下に説明する。
励磁巻線15の一端はバッテリ2の高位端から給電さ
れ、その他端は励磁電流を断続するトランジスタ31の
コレクタに接続され、トランジスタ31のエミッタは接
地されている。Dfは励磁巻線15と並列接続されるフ
ライホイルダイオードである。
【0018】励磁電流を断続するトランジスタ31のベ
ースは抵抗33を通じてPNPトランジスタ36のコレ
クタに接続され、また、トランジスタ32のコレクタに
直結されている。トランジスタ32のエミッタは接地さ
れ、そのベースはツェナーダイオードDのアノード及び
抵抗35に接続され、抵抗35の他端は接地されてい
る。ツェナーダイオードDのカソードは抵抗34を通じ
てバッテリ2の高位端に接続されている。
【0019】PNPトランジスタ36は励磁電流を断続
するトランジスタ31を駆動するベース電流を供給する
トランジスタであり、そのベースは抵抗37を通じトラ
ンジスタ38のコレクタに接続され、このトランジスタ
38のエミッタは接地されている。トランジスタ38の
ベースは発電状態判定手段5の出力端5aが接続され、
トランジスタ38は発電状態判定手段5の出力信号に基
づき制御される。尚コンデンサ39はトランジスタ38
のコレクタ電位を安定させるものである。
【0020】回転数検出回路としての発電状態判定手段
5の入力端5bは配線50を介し、固定子巻線11の1
つの相出力端と接続され、固定子巻線11の1つの相出
力端電圧を整流する電源回路4の電源電圧によりその作
動を行う。以下レギュレータの動作を説明する。発電機
1がエンジン(図示せず)により駆動され回転を始める
と、まず回転子コア13に装着された永久磁石14の有
効磁束が固定子巻線11と鎖交し回転に伴う磁束の変化
により、固定子巻線11に三相交流電圧が発生する。こ
の時、固定子巻線11の1つの相出力端から出力される
1相発電交流電圧Vacは発電状態判定手段5及び電源
回路4に入力される。電源回路4に入力される1相発電
交流電圧Vacは駆動回路としての抵抗43を通り整流
素子となる半導体スイッチ素子としてのトランジスタ4
0のベース端に制御信号として入力される。これにより
トランジスタ40はオンし、1相発電交流電圧Vacは
トランジスタ40により整流され電源回路4の出力電源
電圧を安定化させるコンデンサ41を充電する。ここで
ツェナーダイオード42は電源電圧を安定させるための
ものである。
【0021】また、トランジスタ40のコレクタは、図
3の変形例のようにバッテリ2の高位端に接続しても良
い。この場合、ツェナーダイオード42と抵抗43とに
より駆動回路が構成され固定子巻線11の1つの相出力
端から出力される発電電力が小さくても発電状態判定手
段5を作動させることが出来る。次に、コンデンサ41
に充電される電源電圧が所定電圧に達すると発電状態判
定手段5が作動を開始する(発電状態判定手段5の構成
について図2を参照し後に説明する)。この発電状態判
定手段5は固定子巻線11の1つの相出力端から出力さ
れる1相発電交流電圧Vacの周波数を検出するもので
あり、1相発電交流電圧Vacの周波数が所定周波数
(発電機1がバッテリ2へ充電するに必要な回転数)を
越えることを検出するとトランジスタ38をオンする。
このトランジスタ38がオンすると抵抗37を通りPN
Pトランジスタ36のベース電流が流れるのでトランジ
スタ36がオンする。このPNPトランジスタ36は励
磁巻線15を流れる励磁電流を断続するトランジスタ3
1のベース電流の供給源であり、レギュレータ3はPN
Pトランジスタ36がオンしてのみ励磁電流を通電でき
る状態となる。
【0022】従って、確実に発電機1がバッテリ2へ充
電するに必要な回転数に達した後に励磁電流を通電する
ので、バッテリ2の無用な放電がなく、永久磁石14の
有効磁束により発電し固定子巻線11の1つの相出力端
から出力される1相発電交流電圧Vacを発電状態判定
手段5は電源とするので確実にバッテリ2の暗電流の増
加を回避出来る。
【0023】次に、発電機1により充電されバッテリ2
の電圧が高くなると抵抗34、ツェナーダイオードDと
抵抗35を通じて電流が流れトランジスタ32がオンし
励磁電流を断続するトランジスタ31のベース電位を引
き下げるのでトランジスタ31はオフする。従って発電
機は発電を停止し、バッテリ2の電圧を一定に保持す
る。
【0024】エンジン(図示しない)が停止し発電機1
の回転が停止すると固定子巻線11の1つの相出力端か
ら電圧が出力されなくなり、発電状態判定手段5及び電
源回路4はその作動を停止する。このためトランジスタ
38がオフし、PNPトランジスタ36にベース電流が
流れなくなりPNPトランジスタ36はオフするので、
励磁電流を断続するトランジスタ31はオフし励磁電流
の通電は速やかに停止する。
【0025】次に、図2を参照し、発電状態判定手段5
の構成について説明する。固定子巻線11の1つの相出
力端から出力される1相発電交流電圧Vacは配線50
を介し抵抗56を通じて比較器51の+入力端に入力さ
れる。また、比較器51の−入力端には電源回路4より
配線44を通じて電源電圧を抵抗54、55にて分圧す
る分圧電圧が入力される。比較器51の電源端はそれぞ
れ、接地、及び電源回路4に配線44を通じて接続され
る。
【0026】1相発電交流電圧Vacが高くなり、電源
回路4が電源電圧を比較器51に供給すると比較器51
は作動し、1相発電交流電圧Vacが電源電圧の分圧電
圧より高いとハイレベル電圧をコンデンサ52を通じて
トランジスタ38のベースに入力する。トランジスタ3
8のベースは抵抗53にて接地されており、コンデンサ
52と抵抗53とは微分回路を構成している。
【0027】従って比較器51がハイレベル電圧を出力
した直後トランジスタ38はオンし、コンデンサ52の
充電とともにトランジスタ38のベース電位は低下し、
比較器51がハイレベル電圧を出力した直後から、コン
デンサ52と抵抗53とのCR時定数により決まる所定
時間後トランジスタ38がオフする。ここで1相発電交
流電圧Vacの周期がコンデンサ52と抵抗53とのC
R時定数に対応する周波数より高くなると、比較器51
はトランジスタ38にハイレベル電圧を出力し続けるの
で、トランジスタ38のオンが継続することになる。
【0028】従って、固定子巻線11の1つの相出力端
電位にリーク電流により電圧が発生し、比較器51がハ
イレベル電圧を出力してもコンデンサ52と抵抗53と
のCR時定数により決まる所定時間後トランジスタ38
がオフするので、車両停止時においてバッテリ2より誤
って励磁電流を持ち出すことがない。図4は、この実施
例の回転子の一部を示す斜視図である。回転子コア13
は、励磁コイル15によってそれぞれがN極、S極に励
磁される一対のクローポールを有している。これらクロ
ーポールにより、複数のN極爪磁極13aと、S極爪磁
極13bとが交互に形成されている。さらに、この実施
例では、回転子コア13に励磁コイル15と同様に磁束
を供給する補助的な界磁源としての磁石部材が装備され
ている。
【0029】この実施例では、固定子巻線11と鎖交し
て発電に寄与する有効磁束が励磁コイル15により供給
されるとともに、この磁石部材からも励磁コイル15と
同様に、固定子巻線11と鎖交して発電に寄与する有効
磁束が供給されるように構成されている。従って、この
磁石部材は励磁コイル15の電流がないときにも有効磁
束を供給しており、回転子が回転すれば固定子コイル1
1に交流出力電圧を誘起可能である。
【0030】磁石部材は、爪磁極13a、13bの間に
対応して設けられる複数の独立した永久磁石14と、こ
れら複数の永久磁石14を互いに連結し組立体として扱
うことを可能とするとともに、永久磁石14と爪磁極1
3a、13bとの間に隙間を形成する非磁性体よりなる
磁石保持部材14aとを備えている。そして、永久磁石
14は、磁石保持部材14aとともに爪磁極13a、1
3bの間に挟持されて保持、固定されている。よって、
励磁コイル15に代わって界磁を供給する磁石を容易に
しかも確実に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した車両用発電制御装置を示す回
路図である。
【図2】図1の回路図の発電状態判定手段5の詳細を示
す回路図である。
【図3】変形例を示す回路図である。
【図4】ランデル型回転子の一部を示す斜視図である。
【符号の説明】
1 交流発電機 2 バッテリ 10 回転子 11 固定子巻線 14 永久磁石 15 励磁巻線 3 レギュレータ(励磁電流制御装置を含む) 4 電源回路 40 半導体スイッチ素子 5 発電状態判定手段(回転数検出回路)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 励磁巻線と、固定子巻線に有効磁束が鎖
    交し前記励磁巻線が発生する界磁束を増強せしめるよう
    に永久磁石を配置した回転子と、前記固定子巻線を配置
    した固定子と、前記固定子巻線の発電電流を整流する整
    流器とを備え、エンジンにより駆動されてバッテリを充
    電する交流発電機と、前記励磁巻線に通電する励磁電流
    を断続し前記発電機の出力電圧を制御する励磁電流制御
    装置とを備える車両用発電制御装置において、前記固定
    子巻線の交流出力電圧の周波数を検出することで前記発
    電機の稼働状態を判別し、前記発電機が稼働状態である
    時、前記励磁電流制御装置に前記励磁電流の給電を許可
    し、前記発電機が停止状態である時、前記励磁電流制御
    装置に前記励磁電流の給電を禁止する発電状態判定手段
    と、前記固定子巻線の交流出力電圧に応答して前記発電
    状態判定手段に給電する電源回路とを備え、少なくとも
    前記永久磁石による界磁束により発生する前記固定子巻
    線の交流出力電圧にて、前記電源回路と前記発電状態判
    定手段が作動することを特徴とする車両用発電制御装
    置。
  2. 【請求項2】 前記電源回路は前記発電状態判定手段に
    給電する出力端にコンデンサを備える事を特徴とする請
    求項1記載の車両用発電制御装置。
  3. 【請求項3】 前記電源回路は前記固定子巻線の交流出
    力電圧を1つの整流素子により整流し、前記発電状態判
    定手段に給電することを特徴とする請求項1又は2に記
    載の車両用発電制御装置。
  4. 【請求項4】 前記整流素子は、ダイオードまたはNP
    Nトランジスタであることを特徴とする請求項3記載の
    車両用発電制御装置。
  5. 【請求項5】 前記永久磁石は、ランデル型構造である
    前記回転子の対向するSN極の爪磁極間に固定され、前
    記永久磁石による有効磁束が、前記爪磁極を介し前記固
    定子巻線に鎖交するよう構成されることを特徴とする請
    求項1から4のいずれかに記載の車両用発電制御装置。
  6. 【請求項6】 車両用交流発電機の固定子巻線の交流出
    力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前
    記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、
    前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許
    可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制
    御装置において、 前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力電圧を入
    力し、該交流出力電圧を整流して前記回転数検出回路の
    作動用電源として供給する電源回路を備えることを特徴
    とする車両用発電制御装置。
  7. 【請求項7】 車両用交流発電機の固定子巻線の交流出
    力電圧を検出し、該交流出力電圧の周波数に基づいて前
    記交流発電機が所定回転数に到達したことを判定して、
    前記車両用交流発電機の励磁巻線への給電を許可する許
    可信号を出力する回転数検出回路を備える車両用発電制
    御装置において、 車載バッテリから前記回転数検出回路への電源供給ライ
    ンに設けられ、前記車載バッテリから前記回転数検出回
    路への通電を制御信号に応じて断続する半導体スイッチ
    素子と、前記車両用交流発電機の固定子巻線の交流出力
    電圧を入力し、該交流出力電圧を前記半導体スイッチ素
    子の前記制御信号として与える駆動回路とを含み、交流
    出力電圧に応答して前記半導体スイッチ素子を導通させ
    て車載バッテリから前記回転数検出回路へ作動用電源を
    供給する電源回路とを備えることを特徴とする車両用発
    電制御装置。
  8. 【請求項8】 前記車両用交流発電機は、前記励磁巻線
    への給電が遮断された状態でも前記固定子巻線に有効磁
    束を供給する磁石部材を備え、前記電源回路は前記磁石
    部材のみにより生じる交流出力電圧に応答して前記回転
    数検出回路へ作動用電源を供給するよう構成されること
    を特徴とする請求項6又は7に記載の車両用発電機制御
    装置。
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