JPH10323093A - 回転界磁型交流発電機を用いた発電装置 - Google Patents

回転界磁型交流発電機を用いた発電装置

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Publication number
JPH10323093A
JPH10323093A JP9129793A JP12979397A JPH10323093A JP H10323093 A JPH10323093 A JP H10323093A JP 9129793 A JP9129793 A JP 9129793A JP 12979397 A JP12979397 A JP 12979397A JP H10323093 A JPH10323093 A JP H10323093A
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JP
Japan
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output voltage
coil
temperature
field current
field
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Application number
JP9129793A
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English (en)
Inventor
Tadashi Kato
忠 加藤
Toru Nozu
徹 野津
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Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Original Assignee
Kokusan Denki Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】回転界磁型交流発電機と自動電圧調整器とを組
み合わせた発電装置において、定格回転数よりも低い回
転数で連続運転が行なわれたときに界磁コイルの温度が
異常に上昇するのを防止する。 【解決手段】界磁電流If をオンオフする界磁電流制御
用スイッチ203を構成するMOSFET F1 に感温
抵抗素子Rthを熱的に結合し、発電機1の出力電圧を検
出する出力電圧検出回路204の抵抗分圧回路204C
の一部を構成する抵抗R6 に対して直列に感温抵抗素子
Rthを接続する。MOSFETの温度が設定値を超えた
ときに出力電圧検出信号Vo の大きさが基準信号の大き
さを超えるように設定し、MOSFETの温度が設定値
を超えたときにスイッチ制御回路205を動作させてM
OSFET F1 をオフ状態にして界磁電流を遮断す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、回転界磁型交流発
電機を用いた発電装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】汎用の発電装置として、回転界磁型交流
発電機と、該交流発電機の出力電圧を設定値に保つよう
に制御する自動電圧調整器とを備えたものが広く用いら
れている。
【0003】回転界磁型交流発電機は、界磁コイルを有
する回転子と、界磁コイルに界磁電流を供給する励磁コ
イル及び負荷に電力を供給する発電コイルを有する固定
子とを備えていて、励磁コイルの整流出力で界磁コイル
に界磁電流を流すことにより回転子鉄心を励磁して、励
磁コイル及び発電コイルに交流電圧を誘起させるように
なっている。
【0004】図3は回転界磁型交流発電機と自動電圧調
整器とを備えた従来の発電装置の構成を示したもので、
同図において、1は回転界磁型交流発電機、2は自動電
圧調整器、3は励磁用磁石発電機である。
【0005】回転界磁型交流発電機1は、図示しない回
転軸に取り付けられた回転子鉄心に界磁コイル101を
巻回してなる回転子102と、図示しない固定子鉄心に
励磁コイル103と発電コイル104とを巻回してなる
固定子105とを備え、回転子鉄心の磁極部が固定子鉄
心の磁極部に所定のギャップを介して対向させられてい
る。界磁コイル101の一端及び他端はそれぞれスリッ
プリング106及び107に接続され、スリップリング
106及び107にはそれぞれブラシ108及び109
が接触させられている。
【0006】励磁用磁石発電機3は、永久磁石からなる
回転界磁を有する回転子301と、図示しない固定子鉄
心に励磁用発電コイル302を巻回してなる固定子とを
備え、回転子301は回転界磁型交流発電機1の回転子
102の回転軸に取り付けられている。
【0007】自動電圧調整器2は、励磁コイル103の
出力を整流して界磁コイル101を励磁するための界磁
電流を出力する第1の励磁出力整流回路201と、励磁
用発電コイル302の出力を整流して界磁コイル101
を励磁するための界磁電流を出力する第2の励磁出力整
流回路202と、励磁出力整流回路201及び202と
界磁コイル101との間に設けられて励磁出力整流回路
201及び202から界磁コイル101に供給される界
磁電流If をオンオフする界磁電流制御用スイッチ20
3と、発電コイル104の出力電圧VL に比例した大き
さの出力電圧検出信号Vo を出力する出力電圧検出回路
204と、出力電圧検出信号を発電コイルの出力電圧の
設定値を与える基準信号と比較して、出力電圧検出信号
の大きさが基準信号の大きさ以下のときに界磁電流制御
用スイッチ203をオン状態にし、出力電圧検出信号が
基準信号の大きさを超えている時に界磁電流制御用スイ
ッチ203をオフ状態にするように界磁電流制御用スイ
ッチ203を制御するスイッチ制御回路205と、スイ
ッチ制御回路205に一定の直流電源電圧Vb を与える
定電圧電源回路206と、発電コイル302の出力電圧
を半波整流して電源回路206に与えるダイオード20
7と、アノード及びカソードがそれぞれブラシ109及
び108に接続されて、界磁コイル101に対して並列
に接続されたフライホイールダイオード208と、ダイ
オード208の両端に並列に接続されたバリスタ209
とを備えている。
【0008】整流回路201及び202はダイオードブ
リッジ全波整流回路からなっていて、それぞれの正極性
側の出力端子はブラシ108とスリップリング106と
を通して界磁コイル101の一端に接続されている。
【0009】界磁電流制御用スイッチ203は、Nチャ
ンネル形のMOSFET F1 と、該MOSFET F
1 のゲートに一端が接続された抵抗R1 とからなってい
て、MOSFET F1 のドレインは、ブラシ109と
スリップリング107とを通して界磁コイル101の他
端に接続され、該FETのソースは整流回路201及び
202の負極側出力端子に接続されている。MOSFE
T F1 のゲートは抵抗R1 を通してスイッチ制御回路
205の出力端子に接続され、スイッチ制御回路205
から抵抗R1 を通して高レベルの駆動信号(電圧信号)
が与えられた時にMOSFET F1 がオン状態になっ
て、整流回路201及び202から界磁コイル101に
界磁電流を流すようになっている。
【0010】出力電圧検出回路204は、発電コイル1
04の出力端子間に接続された抵抗R2 〜R4 の直列回
路からなる抵抗分圧回路204aと、該分圧回路の抵抗
R3の両端に得られる分圧出力電圧を整流する全波整流
器204bと、整流器204bの直流出力端子間に接続
された抵抗R5 及びR6 の直列回路からなる抵抗分圧回
路204cと、抵抗R5 及びR6 の接続点に一端が接続
された抵抗R7 と、抵抗R6 の両端に接続された平滑用
コンデンサC1 とからなっていて、抵抗R7 の他端がス
イッチ制御回路205に接続されている。
【0011】スイッチ制御回路205は出力電圧検出回
路204から抵抗R7 を通して入力される出力電圧検出
信号Vo を入力として、該出力電圧検出信号Vo を発電
機の出力電圧の設定値を与える基準信号と比較し、出力
電圧検出信号Vo の大きさが基準信号の大きさ以下の時
にMOSFET F1 をオン状態にするための高レベル
の駆動信号Vg を出力する。
【0012】発電コイル104の一端及び他端からそれ
ぞれ発電機の出力端子1a及び1bが導出され、これら
の出力端子間に図示しない負荷が接続される。
【0013】図3に示した発電装置において、回転子1
02及び301が取り付けられた回転軸は、内燃機関な
どの原動機の出力軸にベルトを介して連結され、該原動
機により回転子102及び301が回転駆動される。
【0014】図3に示した発電装置において、交流発電
機1が停止しているときには、発電コイル104の出力
電圧VL が零であるため、出力電圧検出回路204の出
力が零になっている。
【0015】図示しない原動機により回転子102及び
301が回転駆動されると、励磁用磁石発電機3に設け
られた励磁用発電コイル302に交流電圧が誘起し、こ
の交流電圧の半波がダイオード207を通して定電圧電
源回路206に与えられる。これにより電源回路206
が一定の直流定電圧Vb を出力するため、スイッチ制御
回路205がMOSFET F1 のゲートに駆動信号V
g を与え、該MOSFETをオン状態にする。MOSF
ET F1 がオン状態になると、励磁用発電コイル30
2から整流器202と界磁コイル101とMOSFET
F1 とを通して電流が流れ、界磁コイル101に界磁
電流If が供給される。これにより発電機1の回転子1
02の鉄心が励磁され、発電コイル104及び励磁コイ
ル103に交流電圧が誘起する。
【0016】励磁コイル103に電圧が誘起すると、励
磁コイル103→整流器201→界磁コイル101→M
OSFET F1 →励磁コイル103の回路を通しても
電流が流れるため、界磁電流If が増加していき、発電
コイル104の出力電圧VLが上昇していく。
【0017】発電コイル104の出力電圧VL が設定値
を超えると、スイッチ制御回路205がMOSFET
F1 のゲートに与えていた駆動信号が零になるため、M
OSFET F1 がオフ状態になる。これにより励磁用
発電コイル302及び励磁コイル104から界磁コイル
101に供給される界磁電流If が零になり、界磁コイ
ル101に流れる電流は、該界磁コイル101の誘起電
圧によりフライホイールダイオード208を通して流れ
る電流のみになるため、発電コイル104及び励磁コイ
ル103の誘起電圧が低下する。
【0018】発電機コイル104の出力電圧VL が設定
値以下になると、スイッチ制御回路205が再びMOS
FET F1 に高レベルの駆動信号を与えるため、該M
OSFETがオン状態になり、励磁コイル103及び励
磁用発電コイル302からそれぞれ整流器201及び2
02とMOSFET F1 とを通して界磁コイル101
に界磁電流が供給される。これにより発電コイル104
及び励磁コイル103の誘起電圧が上昇し、発電コイル
104の出力電圧が設定値に戻される。
【0019】上記の動作が反復されて、発電コイル10
4から負荷に供給される電圧VL がほぼ設定値に保たれ
る。
【0020】なお図3に示した例では、発電機の起動時
に電圧の確立を容易にするために励磁用磁石発電機3を
設けているが、回転子102の鉄心の残留磁気を利用し
て電圧を立ち上がらせる場合や、回転子102の鉄心に
に初期励磁用の磁石を取り付ける場合には、励磁用磁石
発電機3が省略される。図3に示した発電装置におい
て、励磁用磁石発電機3が省略される場合には、整流回
路202が省略され、定電圧電源回路206が励磁コイ
ル103の出力を整流して直流定電圧Vb を出力するよ
うに構成される。
【0021】なおバリスタ209は、発電コイル104
に容量性の負荷が接続されて発電コイル104に進相電
流が流れたときに生じる増磁作用により界磁コイル10
1に高い電圧が誘起したときに、該電圧を吸収して、自
動電圧調整器2を構成する回路素子に過大な電圧が印加
されるのを防止するために設けられている。
【0022】
【発明が解決しようとする課題】図3に示したような自
動電圧調整器2を備えた発電装置では、その回転数を定
格回転数まで上昇させる過程で、回転数の上昇に伴って
界磁電流If が増大していき、発電機の出力電圧VL が
上昇していく。界磁電流If は、回転数の上昇により発
電機の出力電圧VL が定格値に向けて上昇していく過程
で定格運転時の制限値を超えるようになる。発電機の出
力電圧VL が定格値を超える領域に入ると、自動電圧調
整器2が発電機1の出力電圧VL を設定値に保つように
界磁電流If を制御するため、界磁電流If は回転数の
上昇に伴って低下していくようになり、発電機の回転数
がある回転数を超える領域では、界磁電流If が定格運
転時の制限値を下回るようになる。
【0023】発電機の回転数を定格回転数に保って運転
している状態で負荷を増大させていくと、自動電圧調整
器2は、負荷の増大に伴う出力電圧の降下分を補うよう
に界磁電流If を増加させ、過負荷運転領域では、界磁
電流If が定格運転時の制限値を超えるようになる。
【0024】上記のように、回転界磁型交流発電機で
は、回転数が定格回転数に向けて上昇していく過程で、
界磁電流が定格時の制限値を超える領域が存在する。そ
のため、回転数がこの領域の回転数に保たれた状態で発
電機の運転が継続されると、界磁電流が制限値を超える
状態が継続して界磁コイルの銅損による発熱が多くな
り、回転子102の温度が異常上昇するおそれがあっ
た。
【0025】また従来の回転界磁型交流発電機では、定
格回転数で過負荷運転が行われたときにも、界磁電流が
制限値を超えることがあるため、長時間過負荷運転が行
われると、上記の場合と同様に界磁電流が制限値を超え
る状態が継続して界磁コイルの銅損による発熱が多くな
るという問題があった。
【0026】界磁電流が制限値を超える状態が長時間継
続すると、発電機の使用環境によっては、界磁コイルが
過熱してコイル導体が焼損したり、界磁コイルが熱膨張
により破損したりするおそれがあった。また界磁電流が
制限値を超える状態が長時間継続すると、自動電圧調整
器2を構成する回路素子での発熱が多くなって、該回路
素子、特に界磁電流If をオンオフするスイッチ素子
(図3の例ではMOSFET F1 )が破壊するおそれ
もあった。
【0027】また図3に示した発電装置では、発電機が
定格回転数よりも低い回転数で運転されたり、過負荷状
態で運転されたりした場合でも、発電機の出力電圧VL
が設定値付近に保たれるため、無理な状態での運転が行
われ易く、無理な運転により耐久性が低下することが多
いという問題があった。
【0028】本発明の目的は、界磁電流が制限値を超え
る状態で運転が継続されて界磁コイルが焼損したり自動
電圧調整器が破壊したりするのを防止することができる
ようにした回転界磁型交流発電機を用いた発電装置を提
供することにある。
【0029】
【課題を解決するための手段】本発明は、界磁コイルを
有する回転子と、界磁コイルを励磁するための出力を発
生する励磁コイル及び負荷に電力を供給する発電コイル
を有する固定子とを備えた回転界磁型交流発電機と、発
電コイルの出力電圧を設定値に保つように制御する自動
電圧調整器とを備えた発電装置を対象とする。
【0030】本発明が対象とする発電装置では、上記自
動電圧調整器が、励磁コイルの出力を整流する励磁出力
整流回路と、該励磁出力整流回路と界磁コイルとの間に
設けられて励磁出力整流回路から界磁コイルに供給され
る界磁電流をオンオフする界磁電流制御用スイッチと、
発電コイルの整流出力を抵抗分圧回路により分圧して出
力電圧検出信号を出力する出力電圧検出回路と、出力電
圧検出信号を発電コイルの出力電圧の設定値を与える基
準信号と比較して、出力電圧検出信号の大きさが基準信
号の大きさ以下のときに界磁電流制御用スイッチをオン
状態にし、出力電圧検出信号が基準信号の大きさを超え
ている時に界磁電流制御用スイッチをオフ状態にするよ
うに界磁電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御回
路とを備えている。
【0031】本発明においては、上記出力電圧検出回路
に設けられている抵抗分圧回路を構成する一部の抵抗が
感温抵抗素子からなっていて、該感温抵抗素子が界磁電
流制御用スイッチを構成するスイッチ素子に熱的に結合
される。そして、上記発電コイルの同じ出力電圧に対す
る出力電圧検出信号の大きさを界磁電流制御用スイッチ
を構成するスイッチ素子の温度の上昇に伴って大きくす
るように感温抵抗素子の温度係数を選定し、界磁電流制
御用スイッチを構成するスイッチ素子の温度が設定値を
超えたときに出力電圧検出信号の大きさが基準信号の大
きさを超える状態になるように感温抵抗素子の抵抗値対
温度特性を選定する。
【0032】上記スイッチ制御回路は、通常一定の直流
電圧を抵抗分圧回路により分圧して発電コイルの出力電
圧の設定値を与える基準信号を発生する基準信号発生回
路と、出力電圧検出信号を基準信号と比較する比較器と
を備えていて、出力電圧検出信号の大きさが基準信号の
大きさ以下のときに界磁電流制御用スイッチをオン状態
にし、出力電圧検出信号が基準信号の大きさを超えてい
る時に界磁電流制御用スイッチをオフ状態にするように
界磁電流制御用スイッチを制御する。
【0033】このような基準信号発生回路が設けられて
いる場合には、該基準信号発生回路に設けられている抵
抗分圧回路を構成する一部の抵抗を感温抵抗素子により
構成して、該感温抵抗素子を界磁電流制御用スイッチを
構成するスイッチ素子に熱的に結合するようにしてもよ
い。この場合、基準信号の大きさを界磁電流制御用スイ
ッチを構成するスイッチ素子の温度の上昇に伴って小さ
くするように感温抵抗素子の温度係数を選定し、界磁電
流制御用スイッチを構成するスイッチ素子の温度が設定
値を超えたときに出力電圧検出信号の大きさが基準信号
の大きさを超える状態になるように感温抵抗素子の抵抗
値対温度特性を選定する。
【0034】なお本発明において、「感温抵抗素子とス
イッチ素子とを熱的に結合する」とは、感温抵抗素子が
スイッチ素子の温度を感知し得るように(スイッチ素子
の温度が感温抵抗素子に直接または間接的に伝わるよう
に)、感温抵抗素子と界磁電流制御用スイッチとを配置
することを意味する。
【0035】上記のように構成すると、界磁電流制御用
スイッチを構成するスイッチ素子の温度が設定値を超え
たときに、出力電圧検出信号が基準信号の大きさを超え
るため、界磁電流制御用スイッチがオフ状態になって界
磁コイルへの界磁電流の供給を停止する。この動作によ
り、界磁電流が制限されるため、界磁電流制御用スイッ
チ及び界磁コイルの温度上昇が抑制される。従って、定
格回転数よりも低い回転数で運転が継続された場合や、
過負荷運転が行われた場合に、界磁電流が長時間制限値
を超えて界磁電流制御用スイッチが熱破壊したり、界磁
コイルが焼損したりするおそれをなくすことができる。
【0036】また上記のように構成すると、定格回転数
よりも低い回転数で運転が行われたり、過負荷運転が行
われたりした場合に、界磁電流を制限して、発電機の出
力電圧を設定値よりも低い状態にすることができるた
め、使用者に異常状態を知らせることができる。従っ
て、無理な運転が継続的に行われるのを防ぐことがで
き、無理な運転により発電装置の寿命が短くなるのを防
ぐことができる。
【0037】
【発明の実施の形態】図1は本発明に係わる発電装置の
構成例を示したもので、同図において図3に示した発電
装置の各部と同等の部分には同一の符号を付してある。
【0038】図1に示した発電装置は、図3に示した発
電装置と同様に、回転界磁型交流発電機1と、自動電圧
調整器2と、励磁用磁石発電機3とからなっており、こ
れらの各部は図3に示した発電装置と同様に構成されて
いる。
【0039】即ち、発電機1は、界磁コイル101を有
する回転子102と、界磁コイル101を励磁するため
の出力を発生する励磁コイル103及び負荷に電力を供
給する発電コイル104を有する固定子105とを備
え、励磁用磁石発電機3は、回転子102と共通の回転
軸に取り付けられた磁石回転子301と、励磁用発電コ
イル302を有する固定子とを備えている。
【0040】自動電圧調整器2は、励磁コイル103の
出力を整流して界磁電流If を出力する第1の励磁出力
整流回路201と、励磁用発電コイル302の出力を整
流して界磁電流If を出力する第2の励磁出力整流回路
202と、第1及び第2の励磁出力整流回路201及び
202の出力端子と界磁コイル101との間に設けられ
て励磁出力整流回路201及び202から界磁コイル1
01に供給される界磁電流をオンオフする界磁電流制御
用スイッチ203と、発電コイル104の整流出力を抵
抗分圧回路204cにより分圧して出力電圧検出信号V
o を出力する出力電圧検出回路204と、出力電圧検出
信号Vo を発電コイル104の出力電圧の設定値を与え
る基準信号と比較して、出力電圧検出信号Vo の大きさ
が基準信号の大きさ以下のときに界磁電流制御用スイッ
チ203をオン状態にし、出力電圧検出信号が基準信号
の大きさを超えている時に界磁電流制御用スイッチ20
3をオフ状態にするように界磁電流制御用スイッチ20
3を制御するスイッチ制御回路205と、励磁用発電コ
イル302の出力がダイオード207を通して入力され
た定電圧電源回路206と、界磁コイル101に対して
並列に接続されたフライホイールダイオード208及び
バリスタ209とを備えており、電源回路206からス
イッチ制御回路205の電源端子に一定の直流電圧Vb
が与えられている。
【0041】スイッチ制御回路205は、例えば図2に
示したように、電源回路206から与えられる直流電圧
Vb が両端に印加された抵抗R8 及びR9 の直列回路か
らなる抵抗分圧回路を備えて、抵抗R9 の両端から発電
機の出力電圧の設定値(定格値)を与える基準信号Vre
f を出力する基準信号発生回路205Aと、出力電圧検
出信号Vo 及び基準信号Vref がそれぞれ反転入力端子
及び非反転入力端子に入力された比較器CP1 とからな
り、比較器CP1 の出力端子が抵抗R1 を通してMOS
FET F1 のゲートに接続されている。出力電圧検出
信号Vo の大きさが基準信号Vref の大きさ以下のとき
には、比較器CP1 の出力が高レベルの状態にあるた
め、MOSFET F1 のゲートに高レベルの駆動信号
が与えられ、該MOSFET F1 がオン状態になって
いる。出力電圧検出信号Vo の大きさが基準信号Vref
の大きさよりも高くなると、比較器CP1 の出力が低レ
ベルになるため、MOSFET F1 のゲートに与えら
れる駆動信号が低レベル(MOSFET F1 のソース
の電位)になり、該MOSFET F1 がオフ状態にな
る。
【0042】本発明においては、出力電圧検出回路20
4に設けられている抵抗分圧回路204cを構成する一
部の抵抗を感温抵抗素子により構成して、該感温抵抗素
子を界磁電流制御用スイッチ203を構成するスイッチ
素子に熱的に結合する。図示の例では、抵抗分圧回路2
04cの下辺(分圧出力電圧が取り出される部分)を構
成する抵抗R6 に対して直列に正の温度計数を有する感
温抵抗素子Rthが接続され、抵抗R6 と感温抵抗素子R
thとの直列回路の両端に抵抗分圧回路204cの分圧出
力が得られるようになっている。感温抵抗素子Rthは、
界磁電流制御用スイッチ203を構成するスイッチ素子
(図示の例ではMOSFET F1 )に取り付けられた
放熱板210に接触した状態で取り付けられ、該放熱板
210を通してMOSFET F1 と感温抵抗素子Rth
とが熱的に結合されている。
【0043】そして、発電コイル104の同じ出力電圧
に対する出力電圧検出信号Vo の大きさを、界磁電流制
御用スイッチ203を構成するスイッチ素子の温度の上
昇に伴って大きくするように感温抵抗素子Rthの温度係
数の符号(この例では正の温度係数)を選定し、界磁電
流制御用スイッチ203を構成するスイッチ素子の温度
が設定値を超えたときに出力電圧検出信号Vo の大きさ
が基準信号Vref の大きさを超える状態になるように、
感温抵抗素子Rthの抵抗値対温度特性を選定する。
【0044】図1に示した発電装置のその他の構成は、
図3に示した従来の発電装置と同様である。
【0045】図1に示した発電装置において、図示しな
い原動機により発電機の回転軸が回転駆動されると、回
転速度の上昇に伴って励磁用磁石発電機3に設けられた
励磁用発電コイル302に誘起電圧が発生し、定電圧電
源回路206が直流電圧Vbを出力する。これによりス
イッチ制御回路205がMOSFET F1 のゲートに
駆動信号を与え、該MOSFET F1 をオン状態にす
る。従って、励磁用発電コイル302から整流回路20
2とMOSFET F1 とを通して界磁コイル101に
界磁電流If が供給され、励磁コイル103及び発電コ
イル104に電圧が誘起する。励磁コイル103に電圧
が誘起すると、この励磁コイルから整流回路201とM
OSFET F1 とを通しても界磁コイル101に界磁
電流が供給されるようになり、界磁電流If が増加す
る。これにより発電コイル104及び励磁コイル103
の誘起電圧が上昇し、発電機の出力電圧が確立する。
【0046】発電コイル104の出力電圧が設定値を超
えると、出力電圧検出信号Vo の大きさが基準信号Vre
f の大きさを超えるため、比較器CP1 の出力が低レベ
ルになり、MOSFET F1 がオフ状態になる。これ
により界磁電流If が減少し、発電コイル104及び励
磁コイル103の誘起電圧が低下する。
【0047】感温抵抗素子Rthは正の温度係数を有して
いて、感知している温度がMOSFET F1 の連続動
作が保証される温度の許容範囲にあるときには、十分小
さい抵抗値を示し、感知している温度が該許容範囲を超
えたときに急激に抵抗値が増大する特性を有している。
感温抵抗素子Rthは、抵抗R6 とともに、出力電圧検出
信号Vo を出力する抵抗分圧回路204cの下辺の一部
を構成しているため、MOSFET F1 の温度が上昇
していくと、発電コイル104の同じ出力電圧に対して
出力電圧検出信号Vo の大きさが大きくなっていき、発
電コイル104の出力電圧が定格値よりも低い状態で出
力電圧検出信号Vo の大きさが基準信号Vref の大きさ
を超えるようになる。従って、界磁電流If によりMO
SFETF1 の温度が上昇して設定値を超えると、発電
機の出力電圧VL が定格値よりも低い状態でも、MOS
FET F1 がオフ状態になって界磁電流If を制限
し、MOSFET F1 の温度上昇及び界磁コイル10
1の温度上昇を抑制する。
【0048】図1に示した発電装置の発電機1の特性の
測定結果の一例を図4に示した。図4において、IfA〜
IfCはそれぞれ発電コイル104に接続された負荷が異
なるときに界磁コイル101を流れる界磁電流If の回
転数Nに対する変化を示したもので、IfBは定格負荷B
が接続された時の界磁電流を示し、IfA及びIfCはそれ
ぞれ定格負荷Bよりも小さい負荷A及び定格負荷Bより
も大きい負荷Cが接続された時の界磁電流を示してい
る。また実線で示したIfA〜IfCは発電機の回転数が各
回転数に固定されることなく使用回転数まで連続的に上
昇させられた時の界磁電流を示し、二点鎖線で示したI
fA〜IfCは、発電機の回転数が各回転数に保持された状
態で運転が行われた時に流れる界磁電流を示している。
【0049】またVLA〜VLCはそれぞれ負荷がA〜Cで
あるときの発電コイル104の出力電圧VL の回転数N
に対する変化を示し、実線で示したVLA〜VLCは発電機
の回転数が各回転数に固定されることなく、使用回転数
まで連続的に上昇させられた時の出力電圧VL の回転数
Nに対する変化を示している。また二点鎖線で示したV
LA〜VLCは、発電機の回転数が各回転数に保持された状
態で運転が行われた時の出力電圧VL の変化を示してい
る。
【0050】更に、図4においてTRは、発電機の回転
数が各回転数に保持されて連続運転された時の回転子1
02の飽和温度を示している。実線で示したTRは本発
明を適用しなかった場合の飽和温度を示し、二点鎖線で
示したTR´は本発明を適用した場合の飽和温度を示し
ている。
【0051】また図4においてa1 〜c1 はそれぞれ負
荷がA〜Cであるときに自動電圧調整器2が調整動作を
開始する点を示し、a2 〜c2 はそれぞれa1 点〜c1
点で連続運転されてMOSFET F1 の温度が設定値
を超えた後の動作点を示している。
【0052】ここで、発電コイル104に定格負荷Bが
接続されているときの動作を具体的に説明すると次の通
りである。即ち、回転数Nが上昇すると、界磁電流IfB
が上昇していき、やがてb1 点に達する。回転数Nが更
に上昇していくと、自動電圧調整器2の調整動作によ
り、界磁電流IfBが減少していき、出力電圧VLBはほぼ
一定に制御される。
【0053】もしb1 点で連続運転が行われたとする
と、回転子の温度が飽和温度TRに向って上昇し、界磁
コイル101と同じ電流が流れているMOSFET F
1 の温度も上昇する。MOSFET F1 の温度の上昇
に伴って感温抵抗素子Rthの抵抗値が増大していくた
め、発電コイル104の同じ出力電圧に対して出力電圧
検出信号Vo の大きさが大きくなっていく。MOSFE
T F1 の温度が設定値を超えると、発電コイル104
の出力電圧が設定値以下であっても、出力電圧検出信号
Vo の大きさが基準信号Vref の大きさを超えるため、
MOSFET F1がオフ状態にされ、界磁電流If が
遮断される。この動作により、界磁電流IfBは図4のb
2 点まで減少させられる。これにより界磁コイル101
及びMOSFET F1 の温度が低下させられ、回転子
の温度(回転子の温度上昇はMOSFET F1 の温度
上昇よりも遅れる。)はb点以下に制限される。
【0054】この状態から更に回転数Nを上昇させる
と、界磁電流IfBは、出力電圧VLBが定格値に達するb
3 点まで変化せず、この間出力電圧VLBは回転数の上昇
に伴って上昇していく。b3 点で出力電圧が設定値(定
格値)に達する。b3 点を超えて更に回転数が上昇した
ときには、従来の自動電圧調整器と同様の調整動作が行
われる。
【0055】このように、本発明においては、定格範囲
の使用条件に対しては、本来の電圧調整動作を行なわ
せ、定格回転数よりも低い状態で運転が行われたり、過
負荷状態で連続運転が行われたりして、界磁電流が過大
な状態が継続したときに、MOSFET F1 の温度を
感知して、その温度が設定値を超えたときに、界磁電流
を制限する動作を行なわせるようにしたので、無理な運
転により界磁コイルの温度が上昇して焼損したり、界磁
電流制御用スイッチを構成するスイッチ素子が破損した
りするのを防ぐことができる。
【0056】また無理な運転を行なったときには、界磁
電流が制限されることにより、発電機の出力電圧が低下
させられるため、この出力電圧の低下から使用者が異常
を知ることができる。従って、無理な運転が継続される
のを防ぐことができ、発電装置の寿命が短くなるのを防
ぐことができる。
【0057】上記の例では、抵抗分圧回路204cの下
辺(分圧出力電圧を取り出す部分)に正の温度係数を有
する感温抵抗素子Rthを挿入したが、本発明において
は、発電コイルの同じ出力電圧に対する出力電圧検出信
号Vo の大きさを界磁電流制御用スイッチの温度の上昇
に伴って大きくするように感温抵抗素子Rthの温度係数
を選定するとともに、界磁電流制御用スイッチ203の
温度が設定値を超えたときに出力電圧検出信号Vo の大
きさが基準信号Vref の大きさを超える状態になるよう
に感温抵抗素子Rthの抵抗値対温度特性を選定すればよ
いので、抵抗分圧回路204cの上辺を構成する抵抗R
5 に対して直列に負の温度係数を有する感温抵抗素子を
接続して、該抵抗分圧回路204cの上辺の抵抗値を温
度上昇に伴って低下させることにより、出力電圧検出信
号Vo を上記と同じように温度に対して変化させるよう
にしてもよい。
【0058】更に、出力電圧検出信号を出力する抵抗分
圧回路の一部を感温抵抗素子により構成する代りに、ス
イッチ制御回路205に設ける基準信号発生回路205
Aを構成する抵抗分圧回路の一部を感温抵抗素子により
構成して、該感温抵抗素子を界磁電流制御用スイッチ2
03に熱的に結合し、基準信号Vref の大きさを界磁電
流制御用スイッチ203の温度の上昇に伴って小さくす
るように、感温抵抗素子の温度係数を選定するようにし
てもよい。この場合も、界磁電流制御用スイッチの温度
が設定値を超えたときに出力電圧検出信号の大きさが基
準信号の大きさを超える状態になるように感温抵抗素子
の抵抗値対温度特性を選定する。
【0059】基準信号Vref の大きさを界磁電流制御用
スイッチ203の温度の上昇に伴って小さくするには、
図2の基準信号発生回路205Aを構成する抵抗分圧回
路の抵抗R9 に対して直列に負の温度係数を有する感温
抵抗素子を挿入して、抵抗R9 と感温抵抗素子との直列
回路の両端から基準信号を取り出すか、または該抵抗分
圧回路の抵抗R8 に対して直列に正の温度係数を有する
感温抵抗素子を接続して、抵抗R9 の両端から基準信号
を取り出すようにすればよい。
【0060】上記の例では、スイッチ制御回路205を
比較器CP1 と基準信号発生回路205Aとにより構成
したが、このスイッチ制御回路205は出力電圧検出信
号の大きさと基準信号の大きさとを比較して、出力電圧
検出信号の大きさが基準信号の大きさ以下のときに界磁
電流制御用スイッチ203をオン状態にし、出力電圧検
出信号の大きさが基準信号の大きさを超えたときに界磁
電流制御用スイッチ203をオフ状態にするように制御
するものであればよく、図2に示した例で限らない。例
えば、特開平8−140400号(特願平6−2775
26号)に示されているように、シャント形レギュレー
タIC(半導体集積回路化された並列形電圧調整器)を
用いてFETを制御するようにしてもよい。
【0061】上記の例では、励磁用磁石発電機3を設け
て自励と他励とを併用しているが、励磁用磁石発電機
(励磁機)を用いない場合にも本発明を適用できるのは
もちろんである。
【0062】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、界磁電
流制御用スイッチの温度が設定値を超えたときに、界磁
電流制御用スイッチをオフ状態にして界磁電流を制限す
ることにより、界磁電流制御用スイッチ及び界磁コイル
の温度上昇を抑制するようにしたので、定格回転数より
も低い回転数で運転が継続された場合や、過負荷運転が
行われた場合に、界磁電流が長時間制限値を超えて界磁
電流制御用スイッチが熱破壊したり、界磁コイルが焼損
したりするおそれをなくすことができる。
【0063】また本発明によれば、定格回転数よりも低
い回転数で運転が行われたり、過負荷運転が行われたり
した場合に、界磁電流を制限して発電機の出力電圧を設
定値よりも低い状態にすることにより、使用者に異常を
知らせるようにしたため、無理な運転が継続的に行われ
るのを防ぐことができ、無理な運転が繰り返されること
により、発電装置の寿命が短くなるのを防ぐことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる発電装置の構成例を示した回路
図である。
【図2】図1の発電装置で用いるスイッチ制御回路の構
成例を示した回路図である。
【図3】従来の発電装置の構成を示した回路図である。
【図4】本発明に係わる発電装置について、界磁電流、
出力電圧及び回転子の飽和温度の回転数に対する変化を
測定した結果を示した線図である。
【符号の説明】
1 回転界磁型交流発電機 101 界磁コイル 102 回転子 103 励磁コイル 104 発電コイル 2 自動電圧調整器 201,202 励磁出力整流回路 203 界磁電流制御用スイッチ 204 出力電圧検出回路 205 スイッチ制御回路 206 定電圧電源回路 3 励磁用磁石発電機 301 磁石回転子 302 励磁用発電コイル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 界磁コイルを有する回転子と、前記界磁
    コイルを励磁するための出力を発生する励磁コイル及び
    負荷に電力を供給する発電コイルを有する固定子とを備
    えた回転界磁型交流発電機と、前記発電コイルの出力電
    圧を設定値に保つように制御する自動電圧調整器とを備
    えてなり、 前記自動電圧調整器は、前記励磁コイルの出力を整流す
    る励磁出力整流回路と、前記励磁出力整流回路と前記界
    磁コイルとの間に設けられて前記励磁出力整流回路から
    前記界磁コイルに供給される界磁電流をオンオフする界
    磁電流制御用スイッチと、前記発電コイルの整流出力を
    抵抗分圧回路により分圧して出力電圧検出信号を出力す
    る出力電圧検出回路と、前記出力電圧検出信号を前記発
    電コイルの出力電圧の設定値を与える基準信号と比較し
    て、出力電圧検出信号の大きさが基準信号の大きさ以下
    のときに前記界磁電流制御用スイッチをオン状態にし、
    前記出力電圧検出信号が基準信号の大きさを超えている
    時に前記界磁電流制御用スイッチをオフ状態にするよう
    に前記界磁電流制御用スイッチを制御するスイッチ制御
    回路とを備えている発電装置において、 前記出力電圧検出回路に設けられている抵抗分圧回路を
    構成する一部の抵抗が感温抵抗素子からなっていて、該
    感温抵抗素子が前記界磁電流制御用スイッチを構成する
    スイッチ素子に熱的に結合され、 前記発電コイルの同じ出力電圧に対する前記出力電圧検
    出信号の大きさを前記界磁電流制御用スイッチの温度の
    上昇に伴って大きくするように前記感温抵抗素子の温度
    係数が選定され、 前記界磁電流制御用スイッチを構成するスイッチ素子の
    温度が設定値を超えたときに前記出力電圧検出信号の大
    きさが基準信号の大きさを超える状態になるように前記
    感温抵抗素子の抵抗値対温度特性が選定されていること
    を特徴とする回転界磁型交流発電機を用いた発電装置。
  2. 【請求項2】 界磁コイルを有する回転子と、前記界磁
    コイルを励磁するための出力を発生する励磁コイル及び
    負荷に電力を供給する発電コイルを有する固定子とを備
    えた回転界磁型交流発電機と、前記発電コイルの出力電
    圧を設定値に保つように制御する自動電圧調整器とを備
    えてなり、 前記自動電圧調整器は、前記励磁コイルの出力を整流す
    る励磁出力整流回路と、前記励磁出力整流回路と前記界
    磁コイルとの間に設けられて前記励磁出力整流回路から
    前記界磁コイルに供給される界磁電流をオンオフする界
    磁電流制御用スイッチと、前記発電コイルの出力電圧に
    比例した出力電圧検出信号を出力する出力電圧検出回路
    と、一定の直流電圧を抵抗分圧回路により分圧して前記
    発電コイルの出力電圧の設定値を与える基準信号を発生
    する基準信号発生回路と前記出力電圧検出信号を該基準
    信号と比較する比較器とを有して、出力電圧検出信号の
    大きさが基準信号の大きさ以下のときに前記界磁電流制
    御用スイッチをオン状態にし、前記出力電圧検出信号が
    基準信号の大きさを超えている時に前記界磁電流制御用
    スイッチをオフ状態にするように前記界磁電流制御用ス
    イッチを制御するスイッチ制御回路とを備えている発電
    装置において、 前記基準信号発生回路に設けられている抵抗分圧回路を
    構成する一部の抵抗が感温抵抗素子からなっていて、該
    感温抵抗素子が前記界磁電流制御用スイッチを構成する
    スイッチ素子に熱的に結合され、 前記基準信号の大きさを前記界磁電流制御用スイッチを
    構成するスイッチ素子の温度の上昇に伴って小さくする
    ように前記感温抵抗素子の温度係数が選定され、 前記界磁電流制御用スイッチを構成するスイッチ素子の
    温度が設定値を超えたときに前記出力電圧検出信号の大
    きさが基準信号の大きさを超える状態になるように前記
    感温抵抗素子の抵抗値対温度特性が選定されていること
    を特徴とする回転界磁型交流発電機を用いた発電装置。
JP9129793A 1997-05-20 1997-05-20 回転界磁型交流発電機を用いた発電装置 Pending JPH10323093A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2401203A (en) * 2003-05-01 2004-11-03 Visteon Global Tech Inc Thermal protection system for high output vehicle alternator
JP2004357428A (ja) * 2003-05-29 2004-12-16 Mitsubishi Electric Corp 発電機制御装置
KR100981665B1 (ko) * 2010-03-29 2010-09-10 삼양전원주식회사 별도 발전장치를 여자기로 이용한 자여자 교류발전기

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