JPH1056799A - 発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】永久磁石の不可逆減磁を回避しつつ出力向上が
可能な磁石併用型発電機又は磁石型発電機を用いた発電
装置を提供する。 【解決手段】磁石併用型発電機１の永久磁石８の不可逆
減磁は、界磁コイル７の界磁電流、永久磁石８の温度及
び出力コイル６の出力電流に相関をもつ。そこで、界磁
電流が基準電圧Ｖｒｅｆ３で規定される所定値を超え、
かつ、出力可能な出力電流が基準電圧Ｖｒｅｆ２で規定
される所定値を超える場合に、不可逆減磁状態が発生す
る可能性ありと判定して、界磁電流を上記基準電圧Ｖｒ
ｅｆ３で規定される値未満に制限する。このようにすれ
ば、永久磁石の不可逆減磁の発生を確実に回避しつつ発
電出力の充分な向上を実現することができる。その他、
永久磁石８の温度を検出して不可逆減磁状態が生じ易い
温度範囲において界磁電流制限又は出力電流制限を実施
してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、永久磁石を備える
発電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両用発電機の界磁電流制御方式とし
て、所定の運転条件下における発電機出力を低減するた
めに界磁電流を制限する界磁電流制限技術が知られてお
り、特開昭５８ー６６５３８号公報は、エンジンが始動
して発電電圧が確立した後、所定時間だけ界磁電流を抑
制してエンジン負荷の軽減を図ることを提案し、特公平
６ー３８７２０号公報は、車両用発電機の冷時に界磁電
流を所定の制限値未満に制限してエンジン負荷の軽減を
図ることを提案している。

【０００３】車両用発電機の構成として、永久磁石及び
界磁コイルの両方を備える車両用発電機（磁石併用型発
電機ともいう）が知られており、例えば爪状磁極を有す
る界磁鉄心の極間隙間に永久磁石を介設させて出力コイ
ルと鎖交する界磁束を増大させた磁石併用型発電機や、
互いに軸方向へ隣接配置された界磁コイル型回転子と永
久磁石型回転子とをもつタンデム型の磁石併用型発電機
や、エンジン始動時にのみ永久磁石が形成する磁束を減
少させる向きに界磁コイルへ通電してその鉄損を低減す
ることによりエンジン負荷を減少させる磁石併用型発電
機（特開平６ー２１７４１１号公報）が提案されてい
る。

【０００４】車両用発電機の他の構成として、永久磁石
のみを界磁束発生手段とする車両用発電機（磁石式発電
機ともいう）が知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した磁石式発電機
や磁石併用型発電機では、出力コイルや界磁コイルの起
磁力により形成される磁界（外部磁界ともいう）が永久
磁石残留磁束減少方向に作用する場合があり、出力電流
又は界磁電流が増大すると永久磁石各部におけるこの外
部磁界が永久磁石のＢ−Ｈ曲線の第２象限の肩部を磁束
密度減少側に超えて作用して永久磁石の残留磁束密度を
減少させてしまう不可逆減磁状態が生じ、このため、出
力電流の減少が生じてしまうという不具合があった。

【０００６】本発明は上記問題に鑑みなされたものであ
り、磁石発電機や磁石併用型発電機における不可逆減磁
を防止可能な発電装置を提供することを、その目的とし
ている。また、本発明は、磁石式発電機や磁石併用型発
電機の出力を確保しつつ、それに使用される永久磁石の
不可逆減磁を防止可能な発電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】請求項１記載の構成によ
ると、コイルが発生する磁界中に置かれた永久磁石が不
可逆減磁を発生する磁気的な特性を有する場合であって
も、電流制限手段によってコイルへの通電電流が制限さ
れるため、永久磁石の不可逆減磁が防止される。しかも
コイル電流を制限することで不可逆減磁が防止できるの
で、不可逆減磁が生じにくいように永久磁石の磁気的な
特性を設計する場合に比べ、簡単に不可逆減磁を防止し
て永久磁石による磁束を長期間にわたって維持すること
ができる。また、コイルの電流を制限することで、永久
磁石の体格の大型化や高価な永久磁石の使用を抑えるこ
とができる。

【０００８】なお、不可逆減磁の防止とは、僅かな減磁
をも許容することなく防止する場合はもちろん、ある程
度の減磁は許容しながら大幅な減磁を防止する場合をも
包含するものである。また、減磁は永久磁石全体の起磁
力の低下に限らず、永久磁石の局部的な起磁力の低下と
して生じる場合も包含する。なお、許容しうる減磁とし
ては、発電機の出力低下あるいは効率低下などの性能低
下をきたさない程度の減磁、あるいは発電機性能を大幅
に低下させない程度の減磁とすることができる。このよ
うな許容範囲は発電機の設計思想、発電機の体格などに
応じて適宜設定することができる。なお、減磁状態の防
止効果の検証は、例えば出力電流の減少分を検討するこ
とにより可能である。

【０００９】例えば後述する磁石併用型発電機では、所
定の使用想定範囲における任意の界磁電流値及び任意の
回転数においてこの発電機から永久磁石を取り外した状
態と取り付けた状態における出力電流の差の５％以上、
出力電流が減少する場合に不可逆減磁状態が生じたもの
とし、磁石型発電機では、この発電機の所定の使用想定
範囲における任意の回転域における出力電流の差の５％
以上、出力電流が減少する場合に不可逆減磁状態が生じ
たものとすることができる。なお、界磁電流及び回転数
の上記使用想定範囲は、通常予め規定されている。

【００１０】また、上記のような不可逆減磁を防止しう
る制限された電流値は、永久磁石の材質、磁化量などの
磁気的な特性、形状、さらには永久磁石の温度など永久
磁石が置かれた環境条件に応じて規定される。ただし、
コイルの電流値は、突発的な発電機の運転条件の変動や
永久磁石の特性ばらつきによる不可逆減磁の発生を回避
するために、不可逆減磁が発生する電流値の８０％〜９
０％以下に制限されることが望ましい。

【００１１】なお、永久磁石の不可逆減磁の防止は、あ
らゆる使用環境条件下で達成されることが望ましい。た
だし、設計時に想定した設計環境条件を外れる使用があ
った場合には不可逆減磁の発生を許容し、発電機の設計
時に想定した所定の設計環境条件下においてのみ、不可
逆減磁の防止が達成されてもよい。また、設計条件下で
は許容しうる不可逆減磁しか発生せず、設計条件外で大
幅な不可逆減磁を発生する場合には、設計環境条件外に
おいてのみ不可逆減磁を防止するために電流制限が行わ
れてもよい。

【００１２】例えば永久磁石の不可逆減磁の発生には温
度条件が影響する場合がある。この場合、不可逆減磁の
防止は、あらゆる温度条件下で達成されることが望まし
い。ただし、設計時に想定した使用温度範囲内において
のみ不可逆減磁の発生が防止されてもよい。さらには、
使用温度範囲外においてのみ不可逆減磁の発生が防止さ
れてもよい。

【００１３】このような不可逆減磁の発生条件を検出し
て、電流制限を行うために、請求項２記載の構成を採用
することができる。請求項２記載の構成によると、永久
磁石の不可逆減磁に関連する状態量が検出され、電流制
限手段は、この検出された状態量に応じて電流制限を制
御する。このため、不可逆減磁を生じるおそれのある特
定条件下においてのみコイル電流を制限する構成や、不
可逆減磁の発生限界に追従してコイル電流を制限すると
いった構成を採用でき、コイル電流の制限に伴うコイル
本来の機能低下を最小限に抑えることができる。

【００１４】なお、永久磁石の不可逆減磁に関連する状
態量としては、請求項３記載のように永久磁石の温度に
関連する状態量を採用することが望ましい。これによ
り、永久磁石のＢーＨカーブの温度による変動に対応し
てコイル電流を制限し、不可逆減磁の発生しやすい温度
条件において不可逆減磁を確実に防止することができ
る。また、永久磁石の温度は、永久磁石の温度を直接的
に検出する他に、永久磁石の温度を間接的に検出するこ
とで簡単な構成で所要の精度を満足することができる。
また、永久磁石の温度を、温度と関連する状態量から推
定することもできる。例えば、請求項４記載の構成のよ
うに発電機に装着されるレギュレータの温度、あるいは
請求項５記載の構成のように発電機の発電開始、すなわ
ち起動後の経過時間によって代用することができる。

【００１５】本発明によると不可逆減磁が生じるおそれ
のある永久磁石を用いることができるが、永久磁石は発
電機が頻繁に使用される温度範囲においては不可逆減磁
を発生しにくい磁気的な特性を有することが望ましい。
ただし、低温状態において不可逆減磁を生じやすい永久
磁石を用いる場合には、請求項３に記載するように、低
温時には高温時よりも電流制限を強化して、低温時にお
ける不可逆減磁防止効果を強化することが好ましい。こ
の場合、電流制限が必要となる低温状態は、永久磁石の
磁気的特性や、永久磁石に加わる逆方向の外部磁界の強
度に応じて設定される。また永久磁石としては、発電機
の使用頻度の高い温度領域以下の低温状態において不可
逆減磁を生じる可能性がある永久磁石を選定することが
できる。例えば車両用発電機においては使用中の温度が
外気温度以上の比較的高温になることから外気温度以
下、たとえば６０℃以下において電流制限を行う構成と
することができる。また、常温以下、たとえば０℃以下
としてもよい。さらには使用頻度の低い氷点下以下、あ
るいは稀な領域であるー２０℃以下において電流制限を
行ってもよい。このような低温状態において電流制限を
行うように永久磁石を選定し、電流制限手段を設けるこ
とで、使用頻度が高い温度領域においては電流を制限す
ることなく発電機を動作させることができる。なお、こ
のような低温状態での電流制限は、低温状態において不
可逆減磁を生じやすくなる安価なフェライト磁石の選定
を可能とするので好適である。

【００１６】また、高温状態において、不可逆減磁が生
じやすい永久磁石を用いる場合には、高温状態が検出さ
れるときに発電機のコイル電流を制限することが望まし
い。このような高温状態において電流制限を行うよう永
久磁石を選定し、電流制限手段を設けることで、使用頻
度の高い温度領域においては電流を制限することなく発
電機を動作させることができる。

【００１７】なお、低温状態と高温状態との両方で電流
制限を行うよう構成してもよい。発電機は、請求項６記
載の構成とすることができる。ここでは、コイルとして
は、出力コイルと界磁コイルとが設けられ、すくなくと
もこれらコイルのいずれか一方が発生する磁界中に永久
磁石が置かれる。このような磁石併用型発電機において
は、出力コイルと界磁コイルとの少なくとも一方の電流
が制限される。

【００１８】例えば、界磁電流を制限して界磁コイルの
起磁力により生じて永久磁石に作用する磁界を不可逆減
磁が生じる値未満に抑圧してもよく、出力電流を制限し
て出力コイルの起磁力により生じて永久磁石に作用する
磁界を不可逆減磁が生じる値未満に抑圧してもよく、あ
るいは両方の電流を制限して出力コイル及び界磁コイル
の両方の起磁力により生じて永久磁石に作用する磁界を
不可逆減磁が生じる値未満に抑圧してもよい。また、界
磁電流を制限して、出力コイルの起磁力により生じて永
久磁石に作用する磁界を間接的に抑圧してもよい。

【００１９】さらに発電機は、請求項７記載の構成とす
ることができる。永久磁石は界磁鉄心の複数の界磁極の
極間隙間に発電に寄与する有効磁束を増大させる姿勢で
配設される。このような構成は、例えば、極間隙間の漏
れ磁束を低減することで達成でき、発電に寄与する有効
磁束を増加するので不可逆減磁状態を阻止しつつ出力向
上を図ることができる。なお、永久磁石は、複数の極間
隙間にそれぞれ配設してもよい。特にこのような極間隙
間には磁界方向に大寸法の永久磁石を採用するのが困難
であるので充分なスペースの部分に磁界方向に大寸法の
永久磁石を採用する場合に比べて永久磁石の不可逆減磁
が生じ易いので、本構成の電流制限効果は一層顕著とな
る。

【００２０】なお、請求項６又は７記載の構成を採用し
た発電機においては、請求項８記載の構成を採用するこ
とができる。すなわち、界磁電流に関連する状態量を検
出することで、永久磁石が界磁コイルの磁界中に置かれ
る場合、あるいは永久磁石が出力コイルの磁界中に置か
れる場合、さらには永久磁石が両コイルの磁界中に置か
れる場合に永久磁石にかかる外部磁界の大きさを推定
し、電流制限の要否、あるいは電流制限の度合いを評価
し、電流制限手段が電流制限を行うことができる。この
ような界磁電流に相関を有する状態量としては、界磁電
流そのもの、あるいは界磁電流を制御するスイッチング
素子の駆動信号、そのデューティ比などを用いることが
できる。

【００２１】発電機は請求項９記載の構成とすることが
できる。この構成では、コイルとして出力コイルが設け
られ、界磁束が永久磁石によって供給され、結果として
永久磁石は出力コイルの磁界中に置かれることとなる。
このような磁石式発電機においては、出力コイルの電流
が制限される。なお、請求項６〜９記載の構成において
は、出力コイルを備えるので、請求項１０記載の構成を
採用することができる。すなわち、出力電流に関連する
状態量を検出することで、永久磁石が出力コイルの磁界
中に置かれる場合に永久磁石にかかる外部磁界の大きさ
を推定し、電流制限の要否、あるいは電流制限の度合い
を評価し、電流制限手段が電流制限を行うことができ
る。このような出力電流に相関を有する状態量として
は、出力電流そのもの、あるいは、請求項１１記載に記
載されるように発電機の回転数を用いることができる。
さらには発電機回転数と界磁磁界の強さから、出力電流
を推定してもよく、界磁磁界の強さを界磁電流で代用し
てもよい。

【００２２】さらに、請求項１２記載のように本発明は
車両用発電機に用いて好適である。車両用発電機はその
使用温度範囲が広く、永久磁石の設置スペースも狭隘で
あるにも係わらず高出力化のために永久磁石に印加され
る外部磁界が大きいので、不可逆減磁が生じ易くそれに
よる出力低下が生じ易い。本発明によれば、多種類の発
電機の不可逆減磁を簡単な手段により確実、容易に防止
することができる。特に、小型高出力が求められ、しか
も過酷な使用環境下に置かれやすい車両用発電機におい
て本発明を適用することで、永久磁石によって得られる
高出力、高効率を、永久磁石の不可逆減磁を防止するこ
とで長期間にわたって持続することができる。

【００２３】また本発明は請求項１３記載の構成とする
こともできる。一般に、発電機のコイル、特に界磁コイ
ルや出力コイルにあってはその電流値を多くの要求に応
じて制御することが一般的に行われる。特に車両用発電
機においてはその使用温度範囲が広いことから、所定の
運転条件下において発電機の出力や駆動トルクに制限を
与えるために界磁電流に制限を与える場合がある。例え
ば、発電機の冷時の界磁コイル抵抗の減少に起因して界
磁電流が増大し、このため、冷時の駆動トルクが過大と
なるのを防止するために界磁電流を予めその熱時の最大
値程度に制限するなどのことが行われている。本発明の
不可逆減磁状態防止のための電流制限は、これらの出力
やトルクの制限のための電流制限に比較して更に低値に
まで制限を行う場合がある。これにより磁石の小型化が
可能となったり、熱時のＩＦの最大値をより大きく設定
できるので、熱時の出力の増大が可能となる。

【００２４】本発明は特に、低温時に不可逆減磁が生じ
易くなるフェライト系の永久磁石において特に重要であ
る。フェライト系の永久磁石における低温時の不可逆減
磁を防止するためには、界磁電流は、熱時の界磁コイル
の抵抗値により規定される熱時最大界磁電流値未満、更
に好ましくはその９０％未満に制限することが好まし
い。

【００２５】なお、これらのコイル電流は発電機負荷の
要求に応じて調節されるのが通常である。本発明におけ
る不可逆減磁防止のための電流制限は、これら発電機負
荷の要求に応じた電流調節よりも優先されるべきであ
る。例えば、車両用発電装置においてはバッテリ電圧を
所定レベルに維持するように界磁電流を制御し得る電圧
調整装置が一般に用いられるが、本発明の電流制限手段
はこの電圧調整装置と一体に形成され、界磁電流を強制
的に所定の最大値に制限して不可逆減磁を防止するよう
に構成することができる。

【００２６】さらに、本発明は請求項１４記載の構成と
することにより、簡素な構成で電流値を所望値に制御で
き、また断続制御による界磁電流の脈動によりロ−タ磁
極を素早く昇温することができる。これによりロ−タ磁
極近傍に配置されてそれと熱的に結合されている永久磁
石を早期に昇温することができるので、たとえばフエラ
イト系磁石のように減磁し易い永久磁石を用いる場合に
は減磁防止のために発電機出力を抑制せねばならない期
間を短縮することができるという効果を生ずる。

【００２７】本発明の請求項１５記載の制御装置は、界
磁電流のデューティ比に関連する状態量に応じて界磁電
流制限値を不可逆減磁防止可能な値に設定し、界磁電流
を間この界磁電流制限値未満に規制する。これにより、
界磁電流による永久磁石の不可逆減磁を防止することが
できる。更に詳しく説明すると、ロータに永久磁石を併
設した場合、界磁コイルの磁界（永久磁石からみてその
残留磁界と反対の磁界（逆磁界））により永久磁石が不
可逆減磁を起こし、出力が低下してしまう場合が生じ
る。

【００２８】この界磁コイルの上記逆磁界による不可逆
減磁を防止するには、最も不可逆減磁を生じやすい条件
でも不可逆減磁が生じることがないレベルにたとえば界
磁電流を制限すればよい。しかし、このようにすると十
分な出力が得られないという問題が生じる。そこで、本
構成では、永久磁石の不可逆減磁が生じる磁界強度がそ
の温度により変動する点に着目し、永久磁石の温度に関
連する状態量と、不可逆減磁を防止可能な界磁電流の値
（界磁電流制限値）との間の関係をあらかじめ記憶して
おき、この関係に基づいて、界磁電流がこの界磁電流制
限値以上とならないように制御する。これにより、界磁
電流による永久磁石の不可逆減磁を防止可能な範囲内で
界磁コイルに通電可能な界磁電流を増大して出力アップ
を実現する事ができる。

【００２９】また、本構成では、上述した永久磁石の温
度に関連する状態量として、界磁電流断続用のスイッチ
手段のデューティ比を採用する。すなわち、永久磁石の
温度は永久磁石および界磁コイルが装着されたロータの
温度に強い相関をもち、ロータの温度は上記デューティ
比に相関を有するので、ロータ温度を検出するセンサを
新設することなく、簡素な構成で不可逆減磁を実現する
事ができる。

【００３０】本発明の請求項１６記載の制御装置は請求
項１５記載の構成において更に、界磁コイルのインピ−
ダンスにより決定される界磁電流の増加率未満にデュー
ティ比の増加率を規制する。このようにすれば、デュー
ティ比に基づいて永久磁石温度を推定する場合に、デュ
ーティ比の増加が速くて実際の界磁電流の追従増加が遅
れる場合においても、デューティ比と永久磁石温度（界
磁電流により加熱される）との相関関係の時間的な遅延
を抑止して、界磁電流制限値の決定を正確に実施するこ
とができ、これにより、出力低下を抑止しつつ高精度の
不可逆減磁が実現する。

【００３１】本発明の請求項１７記載の制御装置は請求
項１５または１６記載の構成において更に、温度低下に
より不可逆減磁し易くなる安価なフェライト系磁石を永
久磁石として用いる場合でも、デューティ比が減少する
ほど界磁電流制限値を減少するので、出力低下を抑止し
つつ良好に不可逆減磁防止を実現することができる。更
に詳しく説明すると、デューティ比が小さく、界磁電流
が小さく、したがって永久磁石温度が低い場合にはそれ
以外の場合よりも界磁電流制限値を小さく設定すること
により、不可逆減磁を防止するわけである。

【００３２】本発明の請求項１８記載の制御装置は請求
項１５記載の構成において更に、界磁電流制限値をデュ
ーティ比および界磁電流の両方に応じて調整する。この
ようにすれば、出力低下を抑止しつつ一層良好に不可逆
減磁防止を実現することができる。更に詳しく説明する
と、たとえばデューティ比と界磁電流値とを用いると、
ローターコイルの抵抗値の検出により、ロータ温度すな
わち永久磁石温度を推定することができるので、精度良
くかつ出力低下を抑止しつつ界磁電流を界磁電流制限値
以下に制御可能となる。

【００３３】本発明の請求項１９記載の制御装置は請求
項１８記載の構成において更に、デューティ比と界磁電
流と界磁コイルの電圧降下とに基づいて（またはそれら
に関連する各状態量に基づいて）推定した界磁コイルの
推定温度に応じて界磁電流制限値を調整する。このよう
にすれば、出力低下を抑止しつつ一層良好に不可逆減磁
防止を実現することができる。

【００３４】更に詳しく説明すると、これらの状態量を
検出すれば、一層正確にロータ温度すなわち永久磁石温
度を推定することができるので、より精度良く不可逆減
磁防止可能な界磁電流制限値を推定することができる。
本発明の請求項２０記載の制御装置は請求項１９記載の
構成において更に、温度低下により不可逆減磁し易くな
る安価なフェライト系磁石を永久磁石として用いる場合
でも推定温度が低下するほど界磁電流制限値を低下させ
るので、出力低下を抑止しつつ良好に不可逆減磁防止を
実現することができる。

【００３５】本発明の請求項２１記載の制御装置は請求
項１７または２０記載の構成において更に、制御手段の
作動開始時点における界磁電流制限値（初期値）は、発
電機の最低使用温度において永久磁石の不可逆減磁が生
じることがなく、かつ、所定回転数において発電電流が
出力可能な値に設定される。このようにすれば、上記し
た安価なフェライト系磁石において制御開始時点の永久
磁石温度が極めて低温であっても、不可逆減磁を確保し
つつ外部への発電出力が可能となる。

【００３６】本発明の請求項２２記載の制御装置は請求
項２１記載の構成において更に、アイドル回転数以上の
回転数で外部への発電出力可能な範囲で界磁電流制限値
が設定される。このようにすれば、低温始動直後などで
も発電出力の確保と永久磁石の不可逆減磁防止とを両立
させることができる。

【００３７】本発明の請求項２３記載の制御装置は請求
項１７、２０、２１、２２のいずれかに記載の構成にお
いて更に、界磁電流制限値の最小値を熱時の最大界磁電
流値以下に設定する。更に具体的に説明すると、フェラ
イト系磁石では低温状態で不可逆減磁しやすくなるので
低温時の界磁電流制限値は最小値となる。本構成では、
この界磁電流制限値の最小値を熱時の最大界磁電流値未
満とするので、永久磁石が不可逆減磁しにくくなる熱時
における界磁電流制限値を増大して、熱時における発電
出力の増大を図ることができる。

【００３８】本発明の請求項２４記載の制御装置は請求
項１５ないし２３記載の構成において更に、界磁コイル
から永久磁石への熱伝達遅延に基づく永久磁石の温度上
昇遅れによる不可逆減磁の発生を抑止可能な範囲内に、
デューティ比の増加を制限する。更に詳しく説明する
と、フェライト系磁石では低温状態で不可逆減磁しやす
くなるので低温時のデューティ比は小さくなり、永久磁
石温度の増大とともにデューティ比の増大が可能とな
る。永久磁石は主として界磁コイルの抵抗発熱によるそ
の温度上昇に基づく熱伝達により加温されるので、界磁
コイルの温度上昇よりも永久磁石の温度上昇は遅延しす
る。

【００３９】そこで、本構成では、少なくともデューテ
ィ比に基づいて推定される界磁コイルの温度上昇から上
記永久磁石の温度遅延を勘案した永久磁石の推定温度上
昇に対応する界磁電流制限値未満にデューティ比の増加
を抑制する。このようにすれば、発電出力低下を抑止し
つつ不可逆減磁防止の一層の向上を図ることができる。

【００４０】

【発明の実施の形態】本発明の好適な態様を以下の実施
例により説明する。 （実施例１）本発明の発電装置を用いた車両用充電装置
の一例を図１〜図３を参照しつつ説明する。まず、車載
のエンジンによって駆動される車両用発電機１につい
て、図１及び図２を参照して説明する。

【００４１】車両用発電機１は三相交流同期発電機であ
って、電機子コイルとしてのステータコイル（出力コイ
ル）６が巻装されたステータコア２００の内周側にラン
デル型回転子２０１が回転自在に収容されている。この
ランデル型回転子２０１は、軸方向に隣接して回転軸２
０２に嵌着されたフロントコア２０３及びリアコア２０
４からなるフィールドコア（ロータコア）を有し、コア
２０３、２０４には界磁コイル７が巻装されている。複
数の爪状磁極（界磁極）２０５が、フロントコア２０３
の前端部から互いに周方向所定間隔を隔てて界磁コイル
７の外周側をリア方向へ突設されており、同様に、複数
の爪状磁極（界磁極）２０６が、リアコア２０４の後端
部から互いに周方向所定間隔を隔てて界磁コイル７の外
周側をフロント方向へ突設されている。界磁コイル７に
通電すると、爪状磁極２０５はＮ極に、爪状磁極２０６
はＳ極に磁化される。

【００４２】両爪状磁極２０５、２０６は図２に示すよ
うに周方向に１／２ピッチずれて配置されており、更に
互いに隣接する両爪状磁極２０５、２０６の間の極間間
隙には永久磁石８がリング状のホルダプレート２０７に
径外方向への離脱を抑止されつつ介設されている。爪状
磁極２０５に近接する永久磁石８の表面はＮ極に磁化さ
れており、爪状磁極２０６に近接する永久磁石８の表面
はＳ極に磁化されている。なお、この実施例では、永久
磁石８はフェライト磁石で構成されている。界磁コイル
７にはＭＯＳトランジスタ１５で制御される界磁電流が
給電され、ステータコイル６の発電電圧は整流器９で整
流されてバッテリ４及び電気負荷５へ給電される。

【００４３】２は界磁電流を断続制御してバッテリ電圧
を所定レベルに制御するための制御装置（レギュレー
タ）であって、励磁コイル駆動回路２ａ、電圧制御回路
２ｂ、不可逆減磁防止回路２ｃ、基準電圧発生回路２ｄ
からなる。励磁コイル駆動回路２ａにおいて、１５は界
磁電流駆動用ＮチャンネルパワーＭＯＳトランジスタ、
１６は界磁電流検出用抵抗、２３はフライホイルダイオ
ードであって、ハイサイドスイッチをなすＭＯＳトラン
ジスタ１５のドレインは整流器９の出力端に接続され、
そのソースは抵抗１６及び界磁コイル７を通じて接地さ
れている。

【００４４】電圧制御回路２ｂは、互いに直列に接続さ
れてバッテリ電圧を分圧する抵抗１１、１２と、それら
の接続点から出力されるバッテリ電圧の分圧（以下、バ
ッテリ電圧ともいう）を基準電圧Ｖｒｅｆ１と比較して
その結果を後述するアンドゲート１４を通じてＭＯＳト
ランジスタ１５のゲートに出力するコンパレータ１３と
からなる。アンドゲート１４のもう一方の入力電圧がＨ
ｉであれば、このコンパレータ１３の動作によりバッテ
リ電圧の分圧が基準電圧Ｖｒｅｆ１に一致するようにＭ
ＯＳトランジスタ１５が断続され、界磁電流が調節され
る。

【００４５】基準電圧発生回路２ｄは、キースイッチ３
を通じて印加されたバッテリ電圧から基準電圧Ｖｒｅｆ
１、Ｖｒｅｆ２、Ｖｒｅｆ３を形成する定電圧回路であ
る。以下、本実施例の特徴をなす不可逆減磁防止回路２
ｃについて図３を参照して詳細に説明する。この不可逆
減磁防止回路２ｃは、後述するように界磁電流制限回路
部、高回転検出回路部、オアゲート２２及びアンドゲー
ト１４からなる。

【００４６】上記界磁電流制限回路部は、差動アンプ１
７、ダイオード１８、互いに並列接続されたコンデンサ
１９及び抵抗２０、コンパレータ２１からなる。差動ア
ンプ１７で増幅された界磁電流検出用抵抗１６の電圧降
下すなわち界磁電流比例電圧のピーク値がダイオード１
８を通じてコンデンサ１９に印加され、この界磁電流比
例電圧が減少した後、コンデンサ１９にチャージされた
電荷は抵抗２０を通じてそれらの時定数で放電する。す
なわち、ダイオード１８、コンデンサ１９及び抵抗２０
は入力電圧を一時的に保持する一時ホールド回路を構成
している。

【００４７】コンデンサ１９の電位（界磁電流比例電
圧）はコンパレータ２１により基準電圧Ｖｒｅｆ３と比
較され、上記界磁電流比例電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ３よ
り大きい（界磁電流が所定値より大きい）場合には、コ
ンパレータ２１はオアゲート２２を通じてアンドゲート
１４にＬｏを出力する。上記高回転検出回路部は、波形
整形用のインバータ２４、コンデンサ２５、ダイオード
２６、コンデンサ２７、抵抗２８からなるｆ−Ｖ変換回
路とコンパレータ２９とを有する。ステータコイル６の
所定の相出力端から出力される発電電圧は所定しきい値
を有するインバータ２４で略２値パルス信号に波形整形
され、コンデンサ２５でその立ち上がりエッジ及び立ち
下がりエッジが正、負パルス形状の微分信号に変換さ
れ、ダイオード２６で正パルス形状の微分信号だけが抽
出され、コンデンサ２７と抵抗２８とからなる平滑回路
でこの正パルス形状の微分信号の整流直流成分が抽出さ
れてコンパレータ２９に印加される。

【００４８】発電機回転数に相当するコンデンサ２７の
電位はコンパレータ２９により基準電圧Ｖｒｅｆ２と比
較され、コンパレータ２９は、コンデンサ２７の電位が
基準電圧Ｖｒｅｆ２より低い場合にオアゲート２２にＬ
ｏを出力し、コンデンサ２７の電位が基準電圧Ｖｒｅｆ
２より高い場合にオアゲート２２にＨｉを出力する。コ
ンデンサ２７の電位すなわち発電機回転数は界磁電流が
一定の時、ステータコイル６の出力電流に正の相関を有
している。

【００４９】オアゲート２２は、発電機回転数及び界磁
電流がそれぞれ上記所定値を上回る場合にアンドゲート
１４にＬｏを出力する。すなわち、界磁電流及び出力電
流がそれぞれ所定値以上となる場合に、ＭＯＳトランジ
スタ１５をオフして界磁電流を制限し、出力電流及び界
磁電流の少なくとも一方が上記所定値を下回る場合にア
ンドゲート１４にＨｉを出力して、ＭＯＳトランジスタ
１５をコンパレータ１３の出力により開閉してバッテリ
電圧が所定値となるように界磁電流を０〜１００％の範
囲で自由に調節する。

【００５０】上記説明したように、本実施例では、界磁
電流が基準電圧Ｖｒｅｆ２により規定される所定値を超
える場合で、かつ、回転数により規定される出力電流の
最大値が基準電圧Ｖｒｅｆ３により規定される所定値を
超える場合に、界磁電流を遮断して界磁電流が上記所定
値を超えないようにする構成を採用している。本実施例
における基準電圧Ｖｒｅｆ２、基準電圧Ｖｒｅｆ３の設
定方式について以下に説明する。

【００５１】永久磁石８の不可逆減磁は、その永久磁石
８に加わる逆方向の電磁界の強さ、すなわちこの電磁界
を生じる所定の使用温度範囲における出力電流値及び界
磁電流値に依存し、出力電流は、界磁電流値及び回転数
に依存する。したがって、全使用領域で不可逆減磁が生
じない界磁電流の最大値に基準電圧Ｖｒｅｆ３を設定
し、基準電圧Ｖｒｅｆ２は、界磁電流がこの最大値であ
る場合において不可逆減磁を生じない範囲で最大の出力
電流を発生する回転数に対応する値に設定される。

【００５２】このようにすれば、発電機回転数が低く、
出力電流が小さい場合には、出力電流による交差磁界に
より永久磁石８に不可逆減磁が生じることがないので、
界磁電流を制限することなく、最大限出力可能な出力電
流でバッテリ４を充電し、車両用電気負荷５に給電する
ことができる。これに対して、発電機回転数が所定レベ
ルを超え、出力可能な出力電流が大きくなり、この出力
電流による交差磁界により永久磁石８に不可逆減磁が生
じ易くなると予測される場合には界磁電流をこの最大出
力電流値及び使用温度範囲という条件下でも不可逆減磁
が生じないレベルに制限して界磁電流による磁界を減少
させるとともに、出力電流を減少させて出力電流による
磁界を減少させて永久磁石８の不可逆減磁を確実に防止
することができる。

【００５３】なお、永久磁石８は、本実施例では、もし
この電流制限を行わない場合には、上記使用温度範囲、
界磁電流及び出力電流がそれぞれ所定レベル以上となる
場合に不可逆減磁を発生するように作製されているもの
とする。この実施例の電流制限によれば、永久磁石８の
設計自由度が格段に増大する効果も奏することができ
る。

【００５４】永久磁石８としてフェライト系磁石が採用
されることが好ましい。フェライト系磁石はたとえば室
温以下、もしくは氷点下以下、更に氷点下２０℃以下と
いうような低温下において不可逆減磁が生じ易くなる
が、冬季や寒冷時での使用を考慮すると上記使用温度範
囲は少なくとも−４０℃〜２００℃の温度範囲を含むべ
きである。本実施例によれば回路定数（ここでは基準電
圧Ｖｒｅｆ２や基準電圧Ｖｒｅｆ３）の調節だけで不可
逆減磁の電流制限量を容易に調節することもできる。 （実施例２）他の実施例を図４を参照して説明する。

【００５５】この実施例の回路は、実施例１の不可逆減
磁防止回路２ｃを不可逆減磁防止回路２ｅに置換したも
のである。なお、基準電圧発生回路２ｄは、基準電圧Ｖ
ｒｅｆ１、Ｖｒｅｆ３、Ｖｒｅｆ４、Ｖｒｅｆ５と定電
源電圧Ｖｃｃとを発生している。不可逆減磁防止回路２
ｅは、後述するように温度検出回路部、高回転検出回路
部、発電開始後経過時間検出回路部、発振回路１０４、
オアゲート１０５及びアンドゲート１４からなる。

【００５６】上記温度検出回路部は、カソードが接地さ
れ、定電源電圧Ｖｃｃがアノードに抵抗１０１を通じて
印加される接合ダイオード１０２からなる。温度に負の
相関をもつそのアノード電位はコンパレータ１０３にて
基準電圧Ｖｒｅｆ４と比較される。ダイオード１０２の
温度が所定温度まで上昇し、そのアノード電位が基準電
圧Ｖｒｅｆ４より小さくなればコンパレータ１０３はＨ
ｉをオアゲート１０５に出力する。ダイオード１０２を
もつレギュレータ２は車両用発電機１のハウジングに固
定されており、車両用発電機１の発電開始により生じる
鉄損や銅損により永久磁石８が高温となる状態がある程
度続くと、レギュレータ２内のダイオード１０２の温度
も高温となり、コンパレータ１０３の出力電圧がＬｏか
らＨｉに変化する。すなわち、ダイオード１０２は永久
磁石８の温度をやや時間遅れを伴って検出する。

【００５７】上記高回転検出回路部の構成及び動作は実
施例１と同じであるので説明を省略する。上記発電開始
後経過時間検出回路部は、上記高回転検出回路部のコン
デンサ２７の電位を基準電圧Ｖｒｅｆ５と比較するコン
パレータ１０６を有し、コンパレータ１０６の出力端は
互いに直列接続された抵抗１０７とコンデンサ１０８と
を通じて接地されている。これら抵抗１０７及びコンデ
ンサ１０８は積分回路を構成しており、コンデンサ１０
８の高位端はコンパレータ１０６の出力電圧の積分電圧
をオアゲート１０５へ出力している。この積分回路は遅
延回路であって、コンデンサ２７の電位がコンパレータ
１０６の基準電圧Ｖｒｅｆ５よりも高くなれば、コンパ
レータ１０６は発電が開始されたと判定してコンデンサ
１０８を充電し、コンデンサ１０８の電位はそれから所
定の遅延時間が経過するまでオアゲート１０５にＬｏを
出力し、その後、オアゲート１０５にＨｉを出力する。

【００５８】発振回路１０４は所定の周期の矩形波パル
ス電圧をオアゲート１０５に出力する。したがって、オ
アゲート１０５はコンパレータ１０３、２９がＬｏを出
力し、コンデンサ１０８の電位がオアゲート１０５の入
力端におけるＬｏレベルである状態においてのみ、アン
ドゲート１４に上記矩形波パルス電圧を出力し、その結
果、たとえコンパレータ１３の出力がＨｉであっても、
ＭＯＳトランジスタ１５のデューティ比はこの矩形波パ
ルス電圧のデューティ比に制限されることになる。

【００５９】結局、コンパレータ１０３はダイオード１
０２で検出する永久磁石８の温度が所定温度未満のとき
にＬｏ（界磁電流制限信号）を出力してオアゲート１０
５に界磁電流の制限を許可し、コンパレータ２９は高回
転時すなわち出力電流が所定値以上大きくなる可能性が
生じる場合にＬｏ（界磁電流制限信号）を出力してオア
ゲート１０５に界磁電流の制限を許可し、コンデンサ１
０８は発電開始から所定の遅延時間だけオアゲート１０
５の入力論理レベルとしてのＬｏ（界磁電流制限信号）
を出力してオアゲート１０５に界磁電流の制限を許可す
る。

【００６０】すなわち、この実施例では、ダイオード１
０２で検出した永久磁石８の温度（特に変化が遅い発電
開始前の温度）が所定温度未満となっており（発電開始
前に低温であり）、回転数が所定値以上で出力電流が所
定値以上大きくなる可能性があり、更に、発電開始から
所定時間経過するまでの間であるという条件が全て満足
される場合にのみ界磁電流の制限を行っている。発電開
始から所定時間経過後は界磁電流制限を行わないのは、
発電開始から所定時間経過後はフェライト系磁石である
永久磁石８の温度は充分に上昇し、その磁気特性が不可
逆減磁しにくい状態となるので界磁電流制限が不要とな
るためである。

【００６１】したがって、本実施例では、ダイオード１
０２の電圧及びコンデンサ１０８の電圧が永久磁石８の
温度に関連する状態量を構成し、オアゲート１０５の入
力電圧の出力反転しきい値電圧値が上記所定時間時間経
過を判別するためのコンデンサ８の電圧を判別するため
のしきい値（出力電流、界磁電流が最大である場合に不
可逆減磁発生が生じる値より不可逆減磁が発生しにくい
方向へ所定値だけ大きい値）となる。

【００６２】本実施例によれば、発電開始後の所定遅延
時間内であって、しかも、ダイオード１０２が低温であ
り（前回の発電による温度上昇から時間が経過してお
り）、更に、回転数が所定値以上となる（出力電流が所
定値以上大きくなる可能性が生じる）場合においてのみ
上記界磁電流制限を実施するので、現実に永久磁石８の
不可逆減磁が発生する可能性がある限られた条件にだけ
界磁電流制限を行うことができ、大出力運転が可能な発
電機運転条件範囲を拡大することができる。又は、寒冷
値での始動時などを想定して不可逆減磁が発生しないよ
うに永久磁石８を特別に設計する必要がない。

【００６３】なお、上記した抵抗１０７及びコンデンサ
１０８による遅延回路の遅延時間は１〜２分程度に設定
される。これは通常のフェライト磁石を用いた発電機に
おいて発電開始からこの程度の時間が経過すると、フェ
ライト磁石の温度は銅損や鉄損などにより充分高くな
り、界磁電流制限の必要性が減少するからである。本実
施例において、基準電圧Ｖｒｅｆ４は、ダイオード１０
２の温度が２０℃に相当するように設定される。このよ
うにすれば、発電開始前に永久磁石８の温度がこの温度
に近い温度にある場合に上記遅延回路の出力を待たずに
界磁電流制限を抑止できる。

【００６４】基準電圧Ｖｒｅｆ４は単に回転数があるレ
ベル（ここでは基準電圧Ｖｒｅｆ２に相当する回転数よ
り小さいレベル）に達したかどうか、すなわち、発電が
開始されたかどうかを判定できるレベルであればよい。 （実施例３）他の実施例を図５の回路図及び図６のフロ
ーチャートを参照して説明する。この実施例では、レギ
ュレータ２の主要部をマイコン３００、マルチプレクサ
３０１、Ａ／Ｄコンバータ３０２、ＣＭＯＳインバータ
３０３で構成するとともに、永久磁石８をネオジウム系
磁石とした点が異なっている。

【００６５】抵抗１０１とダイオード１０２とを直列接
続した温度検出回路（温度センサ）は実施例１で述べた
のと同じである。この温度検出回路の出力電圧からなる
温度Ｔは、抵抗１１、１２からなるバッテリ電圧分圧回
路の出力電圧（バッテリ電圧ともいう）Ｖｂ、出力コイ
ル６から出力される１相の発電電圧Ｖとともにマルチプ
レクサ３０１、Ａ／Ｄコンバータ３０２を介してマイコ
ン３００に入力される。

【００６６】上記マイコン３００の動作を図６のフロー
チャートを参照して説明する。ステップ１００では、発
電電圧Ｖ、バッテリ電圧Ｖｂ、温度Ｔ、を読み込む。こ
の実施例では、マルチプレクサ３０１を用いてマイコン
３００からの選択信号により発電電圧Ｖ、バッテリ電圧
Ｖｂ、温度Ｔを短期間にデジタル信号として順番にマイ
コン３００に読み込んでいる。なお、ステップ１００を
短い周期で定期的に実行される割り込みルーチンとし、
順次得た信号によりこれら発電電圧Ｖ、バッテリ電圧Ｖ
ｂ、温度Ｔの平均値を求めて高周波ノイズを低減するこ
とも可能である。

【００６７】次のステップ１０２では、求めた発電電圧
Ｖ、バッテリ電圧Ｖｂから出力電流を求める。詳しく説
明すると、発電電圧を抵抗１１、１２の抵抗比率で分圧
した電圧（以下、発電電圧Ｖという）とバッテリ電圧Ｖ
ｂとの差（Ｖ−Ｖｂ）は、発電電圧Ｖがバッテリ電圧Ｖ
ｂよりも所定値（例えば０．６５Ｖ）以上大きい場合に
は、整流器９のハイサイド側（上アーム）のダイオード
の電圧降下とライン３１０の電圧降下の和に等しく、差
（Ｖ−Ｖｂ）は発電機１の出力電流Ｉに大きな相関を有
する。したがって、予めこの関係をメモリにテーブルと
して記憶しておけば、検出した差（Ｖ−Ｖｂ）から出力
電流Ｉをサーチすることができる。

【００６８】次のステップ１０４では、求めた温度Ｔと
出力電流Ｉとからこの時の不可逆減磁発生電流値に相当
するＭＯＳトランジスタ１５のデューティ比を求める。
詳しく説明すると、不可逆減磁は、出力電流Ｉによる磁
界と界磁電流ＩＦによる磁界とのベクトル合成磁界が温
度Ｔの関数である永久磁石８の不可逆減磁発生磁界値を
超える場合に発生するので、出力電流Ｉと、温度Ｔと、
界磁電流の不可逆減磁発生電流値に相当するＭＯＳトラ
ンジスタ１５のデューティ比Ｄｍａｘとの関係を予めメ
モリにテーブルとして記憶しておき、このテーブルに出
力電流Ｉと温度Ｔとを入力してデューティ比Ｄｍａｘを
サーチすればよい。

【００６９】次のステップ１０６では、バッテリ電圧Ｖ
ｂがその調整電圧である基準電圧Ｖｒｅｆ１より小さい
かどうかを調べ、小さければデューティ比ＤをＤｍａ
ｘ’＝Ｄｍａｘ−ΔＤにセットし、小さくなければデュ
ーティ比Ｄを０にセットして、ステップ１１２にてデュ
ーティ比Ｄを所定のレジスタに出力する。ΔＤは適宜設
定される。なお、このマイコンは、上記レジスタにセッ
トされたデューティ比Ｄで所定のキャリヤ周波数のＰＷ
Ｍ信号をＭＯＳトランジスタ１５のゲートに出力してい
る。

【００７０】このようにすれば、不可逆減磁が発生する
電流値より常に少しだけ小さい範囲で界磁電流制御を行
うことが可能となる。 （変形態様）上記実施例では、ランデル型界磁の爪状磁
極間の極間隙間に永久磁石８を介設した磁石併用型発電
機を用いたが、本発明はその他、各種構造の磁石併用型
発電機に適用することができる。

【００７１】例えば、本発明は、永久磁石型の界磁と界
磁コイル型の界磁とを回転軸に軸方向へ隣接して固定
し、これら両方の界磁が作る界磁束と共通の出力コイル
とがほぼ独立に鎖交する界磁タンデム配置構造の発電機
にも適用することができる。この界磁タンデム配置構造
の発電機においても、界磁電流を変化させれば出力電流
が変化してこの出力電流により永久磁石に作用する外部
磁界を制御できるので、上記と同様の作用効果を奏する
ことができる。

【００７２】上記各実施例の他、界磁電流だけを検出し
てこの界磁電流を不可逆減磁状態を生じない所定のしき
い値以下に制限したり、出力電流だけを検出してこの出
力電流を不可逆減磁状態を生じない所定のしきい値以下
に制限したり、永久磁石８の温度を検出又は推定してそ
の温度が所定レベル以下の場合にのみ電流制限を行うと
いった種々の電流制限方式を採用できることは当然であ
る。

【００７３】また、上記実施例では、不可逆減磁を防止
するための電流制限について説明したが、他の界磁電流
制限技術などと組み合わせて用いることができる。例え
ば界磁電流を熱的の最大の通電可能電流以下に制限する
技術や、起動的の界磁電流を制限する技術と組み合わせ
て用いることができる。 （実施例４）他の実施例を図７を参照して説明する。

【００７４】この実施例は、磁石式発電機の出力電流の
制限によりこの磁石式発電機の界磁をなす永久磁石（図
示せず）の不可逆減磁を防止するものであって、３００
はその不可逆減磁防止回路である。磁石式発電機の出力
コイル６から出力された出力電流は三相全波整流器９で
全波整流された後、ｎｐｎエミッタホロワトランジスタ
３０１及び逆電圧保護ダイオード３０２を通じてバッテ
リ４及び車両負荷５に給電される。

【００７５】３０３〜３０６はダイオード３０２の電圧
降下を分圧して検出するものであり、この電圧降下の分
圧は差動アンプ３０７で増幅されてコンパレータ３０８
にて所定の基準電圧Ｖｒｅｆ６と比較され、その比較結
果は出力を安定させるＲＣローパスフィルタ３０９を経
てエミッタ接地のｎｐｎトランジスタ３１０のベースに
入力され、その結果、トランジスタ３１０はトランジス
タ３０１のベース電位を制御してそれを断続する。３１
１はトランジスタ３０１へベース電流を給電するための
抵抗であり、３１２、３１３は動作条件を設定するため
の抵抗であり、２ｄは差動アンプ３０７及びコンパレー
タ３０８に電源電圧を給電するための定電圧回路であ
る。

【００７６】ダイオード３０２の電圧降下は出力電流Ｉ
ａに正の相関をもつので、出力電流Ｉａが基準電圧Ｖｒ
ｅｆ６で規定される所定レベルを超えればコンパレータ
３０８はローレベルを出力し、トランジスタ３１０をオ
ンし、その結果、トランジスタ３０１はオフし、出力電
流Ｉａはローパスフィルタ３０９により規定されるある
期間、遮断される。

【００７７】このようにすれば、界磁極を構成する永久
磁石の保持力に比較して出力コイル６の起磁力が大きい
場合において、又はなんかのトラブル（例えば短絡）に
より大出力電流が流れようとし、それにより大きな交差
磁界が生じて不可逆減磁が生じようとしても、それを防
止することができる。なお、上記回路において、ＲＣロ
ーパスフィルタ３０９を省略することは可能であり、更
にはトランジスタ３０１、ダイオード３０２を省略し、
トランジスタ３０１を断続する代わりに、三相全波整流
器９のダイオードの一部又は全部をトランジスタに置換
してそれらを断続するようにしてもよい。

【００７８】更に、永久磁石８の温度を検出し、この温
度と出力電流Ｉａとにより出力電流Ｉａの制御を行うこ
とも可能である。 （実施例５）他の実施例を図８〜図１２を参照して説明
する。この実施例は、図５の構成の一部を変更したもの
であり、図３または図４で説明した回路を用いて、コン
パレ−タ１７で検出された界磁電流に相当する電圧、コ
ンデンサ２７の端子間に現れる回転数に相当する電圧、
ダイオ−ド１０２の端子間に現れる温度に相当する電圧
を検出し、これらの電圧を、アナログマルチプレクサ３
０１ａ、Ａ／Ｄコンバ−タ３０２を通じてマイクロコン
ピュータ３００に一定期間ごとに順次入力し、マイクロ
コンピュータ３００が電流増幅用のインバ−タ３０３を
通じてＭＯＳトランジスタ１５を断続して界磁電流を制
御する構成となっている。

【００７９】マイクロコンピュータ３００の具体的な制
御動作を図９のフロ−チャ−トを参照して説明する。ま
ず、ステップ２００では、バッテリ電圧Ｖｂ、温度Ｔ、
発電機の回転数Ｎａ、界磁電流ＩＦを読み込む。次のス
テップ２０２では、読み込んだ温度Ｔおよび回転数Ｎａ
をあらかじめ記憶するテ−ブルに入力して許容最大界磁
電流ＩＦｍａｘを求める。ここで、許容最大界磁電流Ｉ
Ｆｍａｘは、この温度Ｔ、回転数Ｎａの条件下において
不可逆減磁が生じない界磁電流ＩＦの限界値すなわち制
限ＩＦより小さく設定された界磁電流値を意味する。

【００８０】次のステップ２０４では、界磁電流ＩＦと
許容最大界磁電流ＩＦｍａｘとを比較し、界磁電流ＩＦ
が許容最大界磁電流ＩＦｍａｘより大きければ、界磁電
流ＩＦをＰＷＭ制御するトランジスタ１５のデューティ
比をバッテリ電圧Ｖｂの値にかかわらず所定量だけ低下
させ（Ｓ２１０）、それ以外の場合には、バッテリ電圧
Ｖｂと所定の基準電圧Ｖｒｅｆとを比較し（Ｓ２０
６）、バッテリ電圧Ｖｂが基準電圧Ｖｒｅｆより大きい
場合に上記デューティ比を低下させ（Ｓ２１０）、それ
以外の場合にはトランジスタ１５のデューティ比を増加
させる（Ｓ２０８）。

【００８１】以下、上記ル−チンを繰り返し実行して、
繰り返し観測される永久磁石温度とほぼみなせる温度Ｔ
および回転数Ｎａの条件下において不可逆減磁が生じな
い界磁電流ＩＦの値（すなわち許容最大界磁電流ＩＦｍ
ａｘ）以下に、界磁電流ＩＦを維持するので、時間と共
に変動する許容最大界磁電流ＩＦｍａｘの値に追従して
界磁電流ＩＦの制限量を変更することができ、必要最小
限の界磁電流ＩＦの制限により不可逆減磁防止を実現す
ることができる。

【００８２】上記制御の一例として、回転数Ｎａが３０
００ｒｐｍ一定で、周温度が２５℃、−２０℃、−４０
℃とした場合における発電機始動（キ−オン）後の経過
時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘおよび制限ＩＦ
との関係の推移を示すタイミングチャ−トを図１０に示
す。永久磁石８の素材はフェライトである。許容最大界
磁電流ＩＦｍａｘの破線および一点鎖線は界磁電流ＩＦ
の制限を行っている状態を示す。

【００８３】上記制御の他例として、周温が−４０℃一
定で、回転数Ｎａが１５００、３０００ｒｐｍとした場
合における発電機始動（キ−オン）後の経過時間ｔと、
許容最大界磁電流ＩＦｍａｘおよび制限ＩＦとの関係の
推移を示すタイミングチャ−トを図１１に示す。永久磁
石８の素材はフェライトである。許容最大界磁電流ＩＦ
ｍａｘの破線および一点鎖線は界磁電流ＩＦの制限を行
っている状態を示す。

【００８４】なお、永久磁石８は、キ−オン後の時間経
過と共に発電機１の発熱により加温されるので、周温が
低くてもキ−オンから所定時間経過後は界磁電流ＩＦの
制限は不要となる。また、低温時の界磁電流ＩＦの制限
量を大きく設定すれば、熱時の界磁電流ＩＦを大きく設
定できるので、永久磁石８を小型化したり熱時の出力を
増大したりすることができる。ただし、この場合におい
ても、アイドル回転数で発電機がバッテリ５へ発電電流
を出力できる値以上に界磁電流ＩＦを設定する必要があ
る。

【００８５】この点について、発電機の回転数Ｎａとそ
の最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示す図１２を参照し
て更に詳細に説明する。Ｌ１は上記不可逆減磁防止制御
を行った場合の熱時ここでは２５℃における回転数Ｎａ
と最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を示し、Ｌ２は上記不
可逆減磁防止制御を行った場合の冷時ここでは−２０℃
における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘとの関係を
示し、Ｌ３は上記不可逆減磁防止制御を行わない場合の
熱時における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘとの関
係を示し、Ｌ４は上記不可逆減磁防止制御を行わない場
合の冷時における回転数Ｎａと最大出力電流Ｉｍａｘと
の関係を示す。

【００８６】図１２から以下のことがわかる。すなわ
ち、上記不可逆減磁防止制御を行わない場合には、減磁
し易い高回転かつ冷時の減磁を防止するために、この時
のＬ４の値がＬ２を超えない必要がある。その結果、低
回転かつ冷時の出力は制御を行う場合より低下すること
になる。更に、熱時には、温度上昇によるコイル抵抗損
失の増大により一層、出力が低下する。上記不可逆減磁
防止制御の実施によりこれらの問題を解消できることが
理解される。 （実施例６）本発明の発電装置の他の実施例を図１３に
示す回路図を参照して説明する。

【００８７】この実施例は、図８に示す実施例５の回路
構成から、温度検出用のダイオード１０２および抵抗１
０１と、回転数検出用のインバータ２４、コンデンサ２
５、２７、ダイオード２６および抵抗２８を省略したも
のである。なお、永久磁石８としてはフェライト系磁石
が用いられる。この回路の動作を図１４に示すフローチ
ャートを参照して説明する。

【００８８】まずステップ３０１で初期設定し、トラン
ジスタ１５のデューティ比（Ｆｄｕｔｙ）を２５％に設
定した後、次のステップ３０２でバッテリ電圧Ｖｂを読
み込む。なお、トランジスタ１５のＰＷＭ制御のキャリ
ヤ周波数は十分に高い値に設定されており、図１５に示
すように、トランジスタ１５のゲ−ト制御電圧Ｖcおよ
び界磁コイル電圧Ｖｒは界磁電流ＩＦの変化に対して十
分高く設定されている。また、このデューティ比は、所
定の低温始動時たとえばー４０℃でも不可逆減磁を生じ
ない値に設定されている。

【００８９】次のステップ３０３では、所定の調整電圧
Ｖｒｅｇとの差に比例定数ｋ１を掛けてデューティ比の
第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１を算出する。次に、現在のデ
ューティ比Ｆｄｕｔｙに対応する界磁電流制限値（制限
ＩＦ）をあらかじめ記憶する変換テ−ブルから求める
（Ｓ３０４）。上記した変換テ−ブルにおけるデューテ
ィ比Ｆｄｕｔｙと制限ＩＦとの関係について以下に説明
する。

【００９０】界磁電流の平均値をＩＦ、その最大値をＩ
Ｆｍａｘ、Ｖｒを界磁コイルの電圧降下、ｒを界磁コイ
ルの抵抗値、ｒｏを２０℃のときの界磁コイルの抵抗
値、ｔを温度とする時、下記の２式が成立する。 ＩＦ／Ｆｄｕｔｙ＝ＩＦｍａｘ＝Ｖｒ／ｒ ｒ＝ｒｏ・（２３４．５＋ｔ）／（２３４．５＋２０） 一方、フェライト系磁石の温度と制限ＩＦとの関係は、
下記の式で表される。

【００９１】制限ＩＦ＝０．０６・ｔ＋４．８ これらの式から、制限ＩＦは、 制限ＩＦ＝（１５．２７／ｒｏ・Ｖr・Ｆｄｕｔｙ＋
（９．２７／２）²−９．２７／２ となり、制限ＩＦはデューティ比Ｆｄｕｔｙの関数とな
ることがわかる。

【００９２】次に、現在の界磁電流値ＩＦをコンパレー
タ１７から検出し（Ｓ３０５）、現在の界磁電流値ＩＦ
と制限ＩＦとを比較し（Ｓ３０６）、界磁電流値ＩＦが
大きければ、ステップ３０７にて両者の差に比例定数ｋ
２を掛けてデューティ比の第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２を
算出した後、ステップ３０９へ進む。そうでなければデ
ューティ比から第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１を減算して界
磁電流値ＩＦの低下を図る（Ｓ３０８）。

【００９３】ステップ３０９では、上記第一補正量ΔＦ
ｄｕｔｙ１と第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２とを比較し、そ
の大きい方を選択してデューティ比Ｆｄｕｔｙから減算
して次回のデューティ比Ｆｄｕｔｙを算出し、この新し
いデューティ比Ｆｄｕｔｙでトランジスタ１５を駆動す
る（Ｓ３１０）。この制御動作の特徴を以下に説明す
る。

【００９４】この制御では、制限ＩＦ（不可逆減磁防止
可能な界磁電流値）を、現在のデュ−ティ比Ｆｄｕｔｙ
から推定する構成を採用しているので（Ｓ３０４）、温
度変化に応じて変動する制限ＩＦを正確かつ簡素な方法
で求めることができる。また、現在の界磁電流値ＩＦが
制限ＩＦより大きい場合に、第一補正量ΔＦｄｕｔｙ
１、第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２のうち大きい方の値だけ
現在のデューティ比Ｆｄｕｔｙから減算して、界磁電流
ＩＦの低下を図る。ここで、第一補正量ΔＦｄｕｔｙ１
はバッテリ電圧と調整電圧との差に基づく補正量であ
り、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補正量
である。また、第二補正量ΔＦｄｕｔｙ２は界磁電流Ｉ
Ｆと制限ＩＦとの差に基づく補正量であり、界磁電流Ｉ
Ｆを制限ＩＦ未満にするための補正量である。

【００９５】したがって、この実施例によれば、バッテ
リ電圧を調整電圧に一致させるための補正量が、界磁電
流ＩＦを制限ＩＦ未満とするのに十分であれば、バッテ
リ電圧を調整電圧に一致させる制御をそのまま行うとと
もに、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補正
量が、界磁電流ＩＦを制限ＩＦ未満とするのに不十分で
あれば、バッテリ電圧を調整電圧に一致させるための補
正制御を優先して実施することができるので、不可逆減
磁の防止可能な範囲内でバッテリ電圧を調整電圧になる
べく一致させることができる。

【００９６】図１６は、デューティ比Ｆｄｕｔｙと界磁
電流ＩＦと制限ＩＦと温度との関係を示す特性図であ
る。ただし、界磁コイルの電圧降下Ｖｒを１２Ｖ、界磁
コイルの２０℃の抵抗ｒｏを２．３オ−ムとする。図１
６に示すように、デュ−ティ比Ｆｄｕｔｙが小さくなる
ほど、すなわち、低音となるほど、制限ＩＦが低く設定
されていることがわかる。

【００９７】図１７は、本実施例の制限ＩＦ調整を実施
する場合（ａ）と実施しない場合（ｂ）とにおける発電
機始動後の経過時間と発電機の最大出力電流との関係を
示すタイミングチャ−トを示す。ただし、周温を−４０
℃、発電機回転数を５０００ｒｐｍとする。図１７か
ら、この実施例の制限ＩＦ調整を実施しない場合には、
発電機始動時における不可逆減磁を防止するために、こ
の時の制限ＩＦ未満に界磁電流値ＩＦの最大値が制限さ
れ、その結果として発電機出力（Ａ）はそれに対応した
値以下に制限されてしまう。

【００９８】一方、この実施例の制限ＩＦ調整を実施す
る場合には、制限ＩＦは界磁コイルの発熱によるロ−タ
温度の上昇につれて増大するので、制限ＩＦの時間的な
増大に応じて制限ＩＦ未満の範囲内で界磁電流ＩＦを増
大することができ、その分だけ発電機出力を増大するこ
とができることがわかる。この利点は、発電機が始動し
てから数分後には得られる定格出力を大幅に増大できる
ことである。ちなみに、図１７における発電機出力の時
間的な低下傾向は、界磁コイルの温度上昇に起因するも
のである。 （実施例７）本発明の発電装置の他の実施例を図１８に
示すフロ−チャ−トを参照して説明する。

【００９９】この実施例は、図１３に示す実施例６の回
路構成において、制御方式を図１４に示す方式から一部
変更したものであり、以下、変更点を主に説明する。更
に詳しく説明すると、図１４のステップ３０４における
デューティ比Ｆｄｕｔｙだけに基づいて制限ＩＦを求め
る代わりに、ステップ４０１〜４０３に置換したもので
ある。

【０１００】まず界磁コイルの抵抗値ｒを算出する（Ｓ
４０１）。算出式は以下の通りである。 ｒ＝Ｖｒ／ＩＦ／Ｆｄｕｔｙ 次に、算出した界磁コイルの抵抗値ｒとあらかじめ記憶
するその２０℃における抵抗値ｒｏから、界磁コイルの
温度ｔを算出する（Ｓ４０２）。算出式は以下の通りで
ある。

【０１０１】 ｒ＝ｒｏ・（２３４．５＋ｔ）／（２３４．５＋２０） 次に、ステップ４０２で求めた界磁コイルの温度（すな
わちロ−タ温度）ｔから、フェライト系磁石における温
度と制限ＩＦとの関係をあらかじめ記憶する変換テ−ブ
ルを用いて、制限ＩＦを決定する。この制御動作の特徴
を以下に説明する。

【０１０２】この制御では、制限ＩＦ（不可逆減磁防止
可能な界磁電流値すなわち界磁電流制限値）を、界磁コ
イルの抵抗値から推定したその温度に基づいて決定する
構成を採用しているので、温度変化に応じて変動する制
限ＩＦを一層正確かつ簡素な方法で求めることができ
る。図１９は、デューティ比Ｆｄｕｔｙと界磁電流ＩＦ
と温度との関係を示す特性図である。ただし、界磁コイ
ルの電圧降下Ｖｒを１２Ｖ、界磁コイルの２０℃の抵抗
ｒｏを２．３オ−ムとする。

【０１０３】図２０は、この実施例で用いたフェライト
系磁石における磁石温度と制限ＩＦとの関係を示す特性
図である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の発電装置に用いた車両用発電機の軸
方向断面図である。

【図２】図１の発電機の要部斜視図である。

【図３】実施例１の発電装置の回路図である。

【図４】実施例２の発電装置の回路図である。

【図５】実施例３の発電装置の回路図である。

【図６】図５のマイコン３００の制御動作を示すフロー
チャートである。

【図７】実施例４の発電装置の回路図である。

【図８】実施例５の発電装置の回路図である。

【図９】実施例５のマイコン３００の制御動作を示すフ
ローチャートである。

【図１０】実施例５の制御における発電機始動（キ−オ
ン）後の経過時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘお
よび制限ＩＦとの関係の推移を示すタイミングチャ−ト
である。

【図１１】実施例５の制御における発電機始動（キ−オ
ン）後の経過時間ｔと、許容最大界磁電流ＩＦｍａｘお
よび制限ＩＦとの関係の推移を示すタイミングチャ−ト
である。

【図１２】実施例５の制御における回転数と最大出力と
の関係を示す特性図である。

【図１３】実施例６の発電装置の回路図である。

【図１４】実施例６のマイコン３００の制御動作を示す
フローチャートである。

【図１５】実施例６の制御におけるトランジスタ１５の
ゲ−ト制御電圧と界磁電流ＩＦと界磁コイルの電圧降下
Ｖｒとの関係を示すタイミングチャ−トである。

【図１６】実施例６の制御におけるＩＦと制限ＩＦとデ
ューティ比Ｆｄｕｔｙとの関係を示す特性図である。

【図１７】実施例６の制御における制限ＩＦ調整を実施
する場合（ａ）と実施しない場合（ｂ）とにおける発電
機始動後の経過時間と発電機の最大出力電流との関係を
示すタイミングチャ−トである。

【図１８】実施例７のマイコン３００の制御動作を示す
フローチャートである。

【図１９】実施例７の制御におけるデューティ比Ｆｄｕ
ｔｙと界磁電流ＩＦと温度との関係を示す特性図であ
る。

【図２０】実施例７の制御におけるフェライト系磁石に
おける磁石温度と制限ＩＦとの関係を示す特性図であ
る。

【符号の説明】

１は車両用発電機、２はレギュレータ、 ２ａは励磁コ
イル駆動回路、２ｂは電圧制御回路、２ｃ、２ｅは不可
逆減磁防止回路（検出手段及び電流制限手段）、８は永
久磁石である。

フロントページの続き (72)発明者 浅田 忠利 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 石川 博章 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 丸山 敏典 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】通電電流を制御可能なコイルと、このコイ
   ルに生じる磁界中に配設される永久磁石とを有する発電
   機と、 前記コイルに生じる電流を制限して前記永久磁石の不可
   逆減磁の発生を防止する範囲内に前記磁界を制限する電
   流制限手段とを備えることを特徴とする発電装置。
2. 【請求項２】前記永久磁石の不可逆減磁の発生に関連す
   る状態量を検出する検出手段を備え、前記電流制限手段
   は前記状態量に基づいて電流を制限することを特徴とす
   る請求項１記載の発電装置。
3. 【請求項３】前記検出手段は、前記状態量として前記永
   久磁石の温度に相関を有する状態量を検出する手段を含
   み、低温時は高温時に比べ前記電流の制限を増大するこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の発電装置。
4. 【請求項４】前記検出手段は、前記状態量として前記発
   電機に固定されたレギュレータの温度を検出する手段を
   含むことを特徴とする請求項３記載の発電装置。
5. 【請求項５】前記検出手段は、前記状態量として前記発
   電機の発電開始後の時間を検出する手段を含むことを特
   徴とする請求項３又は４記載の発電装置。
6. 【請求項６】前記コイルは、出力コイルと、この出力コ
   イルに出力電流を生じさせる磁束を発生する界磁コイル
   とを備え、 前記永久磁石は、前記両コイルの少なくとも一方が発生
   する磁界中に配設されていることを特徴とする請求項１
   乃至５のいずれかに記載の発電装置。
7. 【請求項７】前記発電機は、前記界磁コイルにより磁化
   されるとともに互いに隣接しつつ極性交互に配設された
   複数の界磁極を有し、前記永久磁石は前記界磁極から出
   て前記出力コイルに出力電流を発生させる有効磁束を増
   大させることを特徴とする請求項６記載の発電装置。
8. 【請求項８】前記検出手段は、前記状態量として前記界
   磁コイルに流れる界磁電流に相関を有する状態量を検出
   する手段を含むことを特徴とする請求項６又は７記載の
   発電装置。
9. 【請求項９】前記コイルは、出力コイルを備え、 前記永久磁石は前記出力コイルに出力電流を生じさせる
   界磁束を発生することを特徴とする請求項１乃至５のい
   ずれかに記載の発電装置。
10. 【請求項１０】前記検出手段は、前記状態量として前記
    出力電流に相関を有する状態量を検出する手段を含み、 前記電流制限手段は、前記出力電流の増大時に前記電流
    制限を強化することを特徴とする請求項６乃至９のいず
    れかに記載の発電装置。
11. 【請求項１１】前記検出手段は、前記状態量として前記
    発電機の回転数を検出する手段を含み、 前記電流制限手段は、前記回転数の増大時に前記電流制
    限を強化することを特徴とする請求項１０記載の発電装
    置。
12. 【請求項１２】前記発電機は、車両用発電機であること
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか記載の発電装
    置。
13. 【請求項１３】前記電流制限手段は、前記発電機の熱時
    の最大界磁電流値未満に前記コイルとしての界磁コイル
    に通電される界磁電流を制限することを特徴とする請求
    項１乃至１２のいずれか記載の発電装置。
14. 【請求項１４】前記コイルとしての界磁コイルと、前記
    界磁コイルへ通電される界磁電流を断続するスイッチン
    グ手段とを備え、前記電流制限手段は、前記界磁電流を
    制限することを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか
    記載の発電装置。
15. 【請求項１５】前記コイルとしての界磁コイルと、前記
    界磁コイルへ通電される界磁電流を断続するスイッチン
    グ手段と、前記スイッチング手段のデューティ比を制御
    して前記発電機の出力電圧を所定値に制御する制御手段
    と、前記界磁電流および前記デューティ比に関連する状
    態量を検出する検出手段とを備え、 前記電流制限手段は、少なくとも前記デューティ比に関
    連する状態量に応じて設定された不可逆減磁防止可能な
    所定の界磁電流制限値未満に前記界磁電流を規制するこ
    とを特徴とする請求項２記載の発電装置。
16. 【請求項１６】前記電流制限手段は、前記界磁コイルを
    駆動する回路系のインピ−ダンスに応じて規定される前
    記界磁電流の増加率未満に前記デューティ比の増加率を
    規制することを特徴とする請求項１５記載の発電装置。
17. 【請求項１７】前記永久磁石は、温度低下により不可逆
    減磁し易くなる材料からなり、 前記電流制限手段は、前記デューティ比の減少とともに
    前記界磁電流制限値を減少することを特徴とする請求項
    １５または１６記載の発電装置。
18. 【請求項１８】前記電流制限手段は、前記デューティ比
    および界磁電流の両方に応じて前記界磁電流制限値を調
    整することを特徴とする請求項１５記載の発電装置。
19. 【請求項１９】前記スイッチング手段の導通時の界磁コ
    イルの電圧降下を検出する手段を有し、 前記電流制限手段は、前記デューティ比と前記界磁電流
    と前記界磁コイルの電圧降下とに関連する各状態量に基
    づいて推定した前記界磁コイルの推定温度に応じて前記
    界磁電流制限値を調整することを特徴とする請求項１８
    記載の発電装置。
20. 【請求項２０】前記永久磁石は、温度低下により不可逆
    減磁し易くなる材料からなり、 前記電流制限手段は、前記推定温度が低下するほど前記
    界磁電流制限値を低下させることを特徴とする請求項１
    ９記載の発電装置。
21. 【請求項２１】前記制御手段の作動開始時点における前
    記界磁電流制限値は、前記発電機の最低使用温度におい
    て前記永久磁石の不可逆減磁が生じることがなく、か
    つ、所定回転数において発電電流が出力可能な値に設定
    されることを特徴とする請求項１７または２０記載の発
    電装置。
22. 【請求項２２】前記所定回転数は、アイドル回転数に設
    定されていることを特徴とする請求項２１記載の発電装
    置。
23. 【請求項２３】前記界磁電流制限値の最小値は、熱時の
    最大界磁電流値未満に設定されていることを特徴とする
    請求項１７、２０、２１、２２のいずれかに記載の発電
    装置。
24. 【請求項２４】前記電流制限手段は、前記界磁コイルか
    ら前記永久磁石への熱伝達遅延に基づく前記永久磁石の
    温度上昇遅れによる前記不可逆減磁の発生を抑止可能と
    するために前記デューティ比の増加率を抑止することを
    特徴とする請求項１５ないし２３記載の発電装置。