JPS5816019B2 - デンアツチヨウセイソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は界磁コイルを有する発電機例えば車両用蓄電池
充電発電機の出力電圧を所定電圧に制御する電圧調整装
置の改良に関するものである。

従来周知のこの種電圧調整装置を第１図について説明す
る。

負荷をなす蓄電池１に電力供給する発電機としての車載
三相交流電機２はその第１の直流出力端子２ａとアース
間の整流回路３を、また第２の直流出力端子２ｂとアー
ス間に前記整流回路３の一部を兼用して構成した補助整
流回路４をそれぞれ備えていて、これら整流回路によっ
て発電コイル５ａの出力が全波整流されるものであり、
前記第２の直流出力端子２ｂと蓄電池１の正極との間に
は充電表示ランプ回路１２とキースイッチ１３が直列に
挿入されている。

そして更に、前記蓄電池１の正負両極間に抵抗１１４、
定電圧ダイオード１１３、抵抗１１２，１１１を直列に
接続した電圧検出回路１１が接続されている。

蓄電池１の端子電圧の高低によって電圧検出回路１１の
分圧器１１ａをなす抵抗１１２と抵抗１１１との接点即
ち分圧点Ａの電位が高低し、これによって制御トランジ
スタ８が導通、遮断し、トランジスタ７１、トランジス
タ７２をダーリントン接続してなる出力トランジスタ回
路７が相反的に遮断、導通する。

かくして三相交流発電機２の界磁コイル５ｂに流れる界
磁電流が断続され、前記発電機２の出力電圧が制御され
る結果、蓄電池１の端子電圧を所定設定値に保持する。

ここで、電圧検出回路１１と蓄電池１の正極を接続する
電気経路２２で断線、端子外れが生じると制御トランジ
スタ８が遮断し、従って出力トランジスタ回路７が導通
状態になるため発電機２の出力電圧が上昇する。

この電圧上昇によって１個以上のダイオードよりなる保
護回路１０が導通し、所定設定値よりわずかに高い電圧
で発電機２の出力電圧が制御される。

また発電機２の第１の直流出力端子２ａと蓄電池１の正
極とを接続する電気経路２３で断線、端子外れが生じる
と蓄電池１は所定設定値に充電されないため、電圧検出
回路１１は充電電圧ではなく本来の蓄電池の端子電圧を
検出し、制御トランジスタ８が遮断、出力トランジスタ
回路７が導通し、発電機２の出力電圧が上昇して保腰回
路１０が導通し、前述の電気経路２２に故障が生じた場
合と同様に所定設定値より高い電圧で発電機２の出力電
圧は制御される。

しかし、上記構成では、前述した異常結線時に車両運転
者に何ら警告を与えず、蓄電池１に最適であった所定設
定電圧以上の電圧で発電機２は発電する。

従って、蓄電池１は過充電となり、蓄電池１の寿命を短
かくしたり、最悪時には過充電により蓄電池１の爆発を
誘起し、車両火災の原因となる。

また、灯火等その他の車載負荷１４も過負荷となり、そ
の寿命を短かくするといった欠点があった。

しかして、前述従来装置において、正常時の調整電圧に
対して異常時の調整電圧を低くすることができない理由
を以下に説明する。

説明の便宜上。従来装置の中枢部分につき第２図に示す
ごとく回路定数を設定し、以下第２図に基づいて説明す
る１■ 制御トランジスタ８および保護回路１０が共に
非導通状態にあるとき、正常時電圧検出端子Ｓに印加さ
れる電圧Ｖｓは ＶＳ−ＩＳ（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ４）＋ｖｚ ・・・・・
・・・・・・・（１）となり、調整電圧Ｖｒｃｇはトラ
ンジスタ８が導通するベース・エミッタ間電圧■Ｂわが
ＶＢ８−ＢＦｉ ■５−Ｒ１，従ってＩｓ−一きなるＶｓにて示さ１ れ下式のごとくなる（第３図参照）。

■８゜ Ｖｒｅｇ −−（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ４）＋Ｖ７−− （１
）’１ ■ 上記の正常作動時において保護回路１０が導通する
電圧ＶＧは（２）式となる。

但し■ゎは保護回路１０における電圧降下を示す。

ＢＥ Ｖｏ＞Ｖｒｅｇ−−Ｒ４＋Ｖ、 ・・・・・・・・・
・・・・・・（２）Ｉ ＢＢ （１）上記（２）式において、Ｖ、 ＜−ＨＲ４の場合
には■。

＜Ｖｒｅｇとなり、調整電圧は■。にい ｖ８＝（Ｉ Ｓ＋Ｉ Ｑ ） （Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ２＋
Ｉ ８Ｒ，・（３；ＶＧ −（Ｉ Ｂ ＋ Ｉ Ｇ ）
（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ ｚ＋’ｙ、・・・・・・（４゜
■ＢＥ （Ｉ Ｓ＋Ｉ ａ ）−Ｒ，のときのＶ。

が調整電圧Ｖｒｅｇとなる。

ＶＢＥ ■ｒｅｇ−，−（Ｒ１＋Ｒ２）＋ＶＺ＋■ｏ・・・・・
・・・・（５：しかしながら、ＶＧは発電電圧を示すに
過ぎず、従って正常時には蓄電池１の寿命に対し最適に
設定された調整電圧が得られるように端子Ｓの電圧Ｖｓ
を用いて電圧制御することが肝要である。

■ＢＥ （ｉｌ）故に、 Ｖ、＞ −Ｒ４−−−−・−−−−
−・−・−・−（６）１ である必要がある（第４図参照）。

■ しかして、端子Ｓが系から切離される第１の異常時
にはＧ端子に印加される電圧■。

で制御することになる。

■ｏ−■。

（Ｒ１＋Ｒ２）＋■２＋■９ ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・（７）この場合の調整電圧■、
は ■ＢＥ ■ｏ−■、＝−（Ｒ１＋Ｒ２）＋■７＋ＶＤ・・・・・
・・・・・・・（８）１ となる（第５図参照）。

■ 一方、第１図における電気経路２３で故障が生じる
第２の異常時にはＳ端子は蓄電池本来の電圧■。

を検出し、■８．■ｏはそれぞれ■８−■。

−（Ｉｓ＋ Ｉ。） （Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ７＋１８Ｒ４
−（９）Ｖｏ−（■８＋■ｏ）（Ｒ１＋Ｒ２）＋■２＋
■ｏ・・・・・・・・・・・・（１０）となり、（１０
）式より、この場合の調整電圧■、も上記■の場合と同
様に ■ＢＦ。

■、−■。

−一（Ｒ７＋Ｒ２）＋■７＋■ｏ・・・・・・・・・・
・・・・・（１１）１ となる。

以上■〜■の動作特性をまとめたのが第６図である。

ここでＶｒｅｇとＶ、、Ｖ、 の大小を検討してみる
と（１）’、 （６） 、 （８）の各式より次式が成
立する。

′■ＢＥ Ｖｒｅｇ −ＶＮ （ｏ ｒＶＮ） −（■（Ｒ１＋Ｒ
，、＋Ｒ，）＋Ｖ７）■ＢＥ −（−Ｈ（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｖ２＋Ｖ、 ）■ＢＥ −ＨＲ，−Ｖ、＜０ 従って、正常時調整電圧Ｖｒｅｇより異常時調整電圧Ｖ
Ｎ ＩＶＮ’ を小さくすることができないのである。

本発明は正常時の調整電圧に対して異常結線時の調整電
圧を大きくも小さくもすることができる電圧調整装置を
提供し、もって前述の種々の欠点を解消することを目的
とするものである。

以下本発明を図面に示す実施例について説明する。

第１実施例を示す第７図において、１は負荷をなす蓄電
池、２は該蓄電池１への電力供給源をなす発電機、特に
車載エンジンによって駆動される三相交流発電機で発電
コイル５ａ、界磁コイル５ｂのほかに、第１の直流出力
端子２ａとアース間に整流回路３を、また第２の直流出
力端子２ｂとアース間に前記整流回路３の一部を兼用し
て構成した補助整流回路４をそれぞれ備えていて、これ
ら整流回路によって発電コイル５ａの出力を全波整流し
、第１および第２の直流出力端子２ａｔ２ｂとアース間
にそれぞれ直流電圧を現出せしめる。

６は界磁コイル５ｂに並列接続した逆起電力吸収用ダイ
オード、７は２個のＮＰＮ型トランジスタ７１．７２を
ダーリントン接続してなる出力トランジスタ回路で主電
流通路をなすコレクタ・エミッタ回路が界磁コイル５ｂ
に直列接続され、該界磁コイル５ｂに流れる電流を断続
する第１のスイッチング手段をなす。

８はＮＰＮ型の制御トランジスタでコレクタが出力トラ
ンジスタ回路７の制御端子たるベースに接続されると共
に抵抗９を介して第２の直流出力端子２ｂに接続され、
エミッタがアースされ、制御端子たるベースが電圧検出
回路１１のＡ点に接続されており、前記出力トランジス
タ７を制御する第２のスイッチング手段をなす。

前記電圧検出回路１１は分圧器１１ａをなす抵抗１１１
，１１２、定電圧ダイオード１１３および抵抗１１４を
順次直列接続して構成してあり、抵抗１１４側が電気経
路２２を介して蓄電池１の正極に結線され、抵抗１１１
側がアースされると共に、該抵抗１１１が制御トランジ
スタ８のベース・エミッタ間に接続されている。

１２は表示ランプ１２１と抵抗１２２とを並列接続して
なる充電表示ランプ回路、１３はキースイッチ、１４は
蓄電池１に並列接続した灯火等の各種負荷であり、前述
第１の直流出力端子２ａは電気経路２３によって、また
第２の直流出力端子２ｂは充電表示ランプ回路１２およ
びキースイッチ１３を介してそれぞれ蓄電池１の正極に
結線される。

１００は本発明の主要部をなす保護回路で、該回路はＰ
ＮＰ型トランジスタ１０１とＮＰＮ型トランジスタ１０
２とよりなり前者トランジスタ１０１のエミッタ・コレ
クタ回路を後者トランジスタ１０２のベース・コレクタ
間に接続してなる変形ダーリントン接続型のトランジス
タ回路１０３と、抵抗１０４と、定電圧ダイオード１０
５とから成立っており、トランジスタ１０１および１０
２のエミッタおよびコレクタは抵抗１０４を介して第２
の直流出力端子２ｂに結線してあり、またトランジスタ
１０１のベースは定電圧ダイオード１０５のカソード、
アノードを順次繰て、電圧検出回路１１における抵抗１
１２と低電圧ダイオード１１３のアノードとの接続点Ｂ
に接続してあり、トランジスタ１０２のエミッタは制御
トランジスタ８のベースおよび前記電圧検出回路１１の
分圧点Ａに接続しである。

次に上記構成になる本発明装置の作動を説明する。

今、キースイッチ１３を閉じると、蓄電池１より充電表
示ランプ回路１２、第２の直流出力端子２ｂ、界磁コイ
ル５ｂおよびトランジスタ回路７よりなる回路に電流が
流れ、前記界磁コイル５ｂの付勢により発電機２が時期
状態となる。

このとき充電表示ランプ１２１が点灯し、発電機２が時
期状態にあることを表示する。

しかして図示しないエンジンが始動し、該エンジンによ
って前記発電機２が駆動されると該発電機２は発電を開
始し、整流回路３の出力で第１の直流出力端子２ａを経
て蓄電池１に電力供給すると共に、補助整流回路４の出
力で界磁コイル５ｂに電力供給を行なう（自励状態とな
る）。

このとき充電表示ランプ１２１はその両端の電位がほぼ
等しくなるため消灯し、発電機２が発電を開始したこと
を表示する。

以後発電機２はエンジン回転数に比例して発電する。

上記状態において、正常時には、電圧検出回路１１に発
電機２の第１の直流出力端子２ａからの出力電圧が印加
され、この電圧の高低によって分圧点Ａの電位が高低し
、該分圧点Ａの電位が制御トランジスタ８のベース・エ
ミッタ間電圧より低いときには該トランジスタ８が遮断
状態にあり、出力トランジスタ回路７が導通するため、
第２の直流出力端子２ｂから界磁コイル５ｂに電流が流
れる。

また前記分圧点Ａの電位が制御トランジスタ８のベース
・エミッタ間電圧より高くなれば、該トランジスタ８が
導通し、出力トランジスタ回路７が遮断するため、界磁
コイル５ｂに流れる電流が遮断される。

かくして、蓄電池１の端子電圧が所定値で一定になるよ
うに、発電機２の出力電圧が制御される。

一方Ｊ圧検出回路１１と蓄電池１の正極を結ぶ電気経路
２２で断線、端子外れが生じると電王検出回路１１は発
電機２の第１の直流出力端子２ａおよび蓄電池１より完
全に切り離される。

また、前記第１の直流出力端子２ａと前記蓄電池１七を
結ぶ電気経路２３で断線、端子外れが生じると電圧検出
回路１１には蓄電池１の本来の端子電圧が加わる。

このような異常結線時には発電機２の第２の直流出力端
子２ｂの出力電圧に応じ、保護回路１００が導通、遮断
し、これにより制御トランジスタ８が導通、遮断し、出
力トランジスタ回路７が相反的に導通、遮断して、発電
機２の出力電圧がある値で一定になるように界磁コイル
５ｂに流れる電流を断続する。

しかして、上記構成の本発明装置によれば、正常動作時
における調整電圧に対して、異常結線時における調整電
圧を自由に選定することかできるのであり、以下に詳説
する。

説明の便宜上、本発明装置の中枢部分につき第８図に示
すごとく回路定数を設定し、以下第８図に基づいて説明
する。

■ 制御トランジスタ８および保護回路１００が共に非
導通状態にあるとき、正常時電工検出端子Ｓに印加され
る電工Ｖｓは従来装置と同様にであり、調整電圧Ｖｒｅ
ｇは となる。

このときの作動特性を第９図に示す。■ 上記の正常作
動時において、保護回路１００が導通する電圧■。

は、定電圧ダイオード１０５のツェナー電圧を■２□、
トランジスタ１０１のベース・エミッタ間電圧を■１、
電圧検出回路におけるＢ点の電圧を■８とすると０３）
式で示される。

ここで定電圧ダイオード１０５およびトランジスタ１０
１のベースに電流が流れ始める時点でＬ３キ０とおくと
Ｒ５・■ｏ′Ｆ−Ｏであり、従って 正常時には端子Ｓの電圧で制御する必要があるため■。

＝■ｒｅ２〉０であることを要する。すなわち この（１４）式は前述従来説明における（６）式に相当
する。

回路を１チツプＩＣ化すると■、７．１−■えてあり、
この場合上記−）式は となる（第１０図参照）。

上記（１５）式において■１キＶＢＥ であり、従っ
て（１５）式より という関係が成立する。

■ しかして、端子Ｓが系から切離される第１の異常時
にはＧ端子に印加される電圧■。

で発電機の出力電圧を制御することになる。

このときの回路定数を第１１図に示すごとく設定すると
、制御トランジスタ８の遮断時には先ず（１７）式が成
立する。

トランジスタ１０１のベース電流■８即ち抵抗Ｒ２に流
れる電流は■。

に比し無視できる。なぜなら、トランジスタ１０１のベ
ース電流は■。

の１／ｈＦＥであり、増幅率ｈＦＥは両トランジスタ１
０Ｌ１０２の増幅率ｈ１．ｈ２の積で表わされる故 である。

よって、印加電圧■。

は（１７） 、 （１８）より■ＢＥ となり、この場合の調整電圧■、は■。

−一回 となる■。

でで表わされる（第１２図参照）。

［Ｆ］ また、第７図における電気経路２３で断線故障
が生じる第２の異常時には結線関係が第１３図のごとく
なり、Ｓ端子は蓄電池本来の電圧■ｏを検出し、回路定
数を同図に示すとさく設定するとトランジスタ１０１の
導通時には■８゜■ｏはそれぞれ となる■。

がこの場合の調整電圧■、′となる。上記の式（２１）
、 （２！２） 、 （２３）よりこの（２４）式の
導入について補足すると（２１）式より 一方、トランジスタ１０１の遮断時には■。

−０となる。

この項の作動特性を第１４図に示す。

なお、第１４図においで特性の立上り点の電圧■、は下
式より求まる。

（２４）式において かくして上述■〜［Ｆ］の作動特性をまとめてみると第
１５図のごとくなる。

上述のことを総合してみるに、まずＲ１＞Ｒ，、とする
ことによって正常結線時にはＶｒｅｇ＜Ｖｏとなる。

そこで、この調整電圧Ｖｒｅｇにて前記（１２）’式（
第１５図中実線で示すもの）に従って電圧調整できる。

また、Ｓ端子異常（開放）時には前記（２０）式（第１
５図中一点鎖線で示すもの）に従って電圧調整され、そ
の時の調整電圧■、は■。

−■、となる。

その際、抵抗Ｒ５，Ｒ２，Ｒ４の値を適当に選定するこ
とによってＶＨ＞Ｖｒｅｇ またはＶＮ＜Ｖｒｅｇに
設定することができる。

さらに、発電機出力線異常（開放）時には前記（２４）
式（第１５図ウニ点鎖線で示すもの）に従って電圧調整
され、その時の調整電圧■、′は■８−■Ｎｌとなる。

その際、上記と同様に抵抗Ｒ５，Ｒ２，Ｒ４の値を適当
に選定することによって■、′〉ＶｒｅｇまたはＶＨ’
＜Ｖｒｅｇに設定することができる。

以上一実施例について詳説したか、本発明の主旨は、従
来装置では異常結線時にも電圧検出回路１１における分
圧抵抗１１２に正常時と同一の電流本流す必要があった
のに対し、前記抵抗１１２には保護回路１００からは電
流を流さないようにしたことであり、この主旨を逸脱し
ない限り種々の実施態様を考え得ることは勿論である。

例えば、第２の定電圧素子たる定電圧ダイオード１０５
は第１６図および第１７図に示す第２および第３実施例
のごとくトランジスタ１０１のエミッタ側に挿設しても
よく、また第１８図に示す第４実施例のごとく、保護回
路１００のトランジスタ１０１のベースを定電圧ダイオ
ード１０５を介して直接電圧検出回路１１のＡ点即ち分
圧器１１ａの分圧点に接続し、第１の定電圧素子たる定
電圧ダイオード１１３を前記定電圧ダイオード１０５の
アノードと制御トランジスタ８のベースとの間に接続し
てもよい。

また、保護回路１００においてＩＣ化する場合には直流
増１＠率電流容量の関係でトランジスタとして２個のト
ランジスタ１０１，１０２を必要とするが、ＩＣ化しな
い場合にはＰＮＰ型トランジスタ１０１のみでもよい。

また、各実施例において、極性を反転させ、ＰＮＰ型ト
ランジスタ、ＮＰＮ型トランジスタをそれぞれＮＰＮ型
トランジスタ、ＰＮＰ型トランジスタに置換してもよい
ことは勿論であり、また第１、第２のスイッチング手段
をなす出力トランジスタ回路７および制御トランジスタ
８は必要に応じサイリスクなど他の半導体スイッチング
素子に置換することができる。

以上述べたように、本発明においては、保護回路として
、第２の定電圧素子及びＰＮＰ トランジスタを備え、
このＰＮＰ トランジスタのベース・エミッタ経路を含
む前記第２の定電圧素子による電流通路が、分圧器と発
電コイルによって付勢される直流出力端子のうちの正極
側の端子との間に接続され、前記ＰＮＰトランジスタに
より励磁回路内の出力トランジスタのベース電流を制御
する構成としているから、分圧器と蓄電池（負荷）とを
結ぶ電気経路および発電機の直流出力端子と蓄電池（負
荷）とを結ぶ電気経路での断線故障等異常結線時に調整
電圧を正常時に比して高くも低くもすることができ、従
って上記異常結線時にも負荷に悪影響を何ら与えること
なく良好に電圧調整することができるという優れた効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来周知の電圧調整装置の電気回路図、第２図
は前記従来装置の主要部の電気回路図、第３図乃至第６
図は前記従来装置の動作説明に供する特性図、第７図は
本発明になる電圧調整装置の第１実施例を示す電気回路
図、第８図、第１１図および第１３図は前記本発明装置
の動作説明に供する主要部の電気回路図、第９図、第１
０図、第１２図、第１４図および第１５図は前記本発明
装置の動作説明に供する特性図、第１６図乃至第１８図
は本発明装置の第２乃至第４実施例を示す主要部の電気
回路図で、図中同一符号は同一または均等部分を示す。 １．１４・・・・・・蓄電池、その他の負荷、２・・・
・・・発電機、２ａ、２ｂ・・・・・・第１、第２の直
流出力端子、５ａ・・・・・・発電コイル、５ｂ・・・
・・・界磁コイル、７・・・・・・出力トランジスタ回
路、８・・・・・・制御トランジスタ、１１・・・・・
・電圧検出回路、１１ａ・・・・・・分圧器、Ａ・・・
・・・その分圧点、１００・・・・・・保護回路、１０
１・・・・・・保護用のトランジスタ、１０５・・・・
・・第２の定電圧素子をなす定電圧ダイオード、１１３
・・・・・・第１の定電圧素子をなす定電圧ダイオード
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 発電コイルと界磁コイルを備え発電機の出力電圧を
   調整する電圧調整装置であって、前記発電コイルによっ
   て付勢される直流出力端子間に前記界磁コイルを介して
   出力トランジスタのコレクタ・エミツク経路が接続され
   た励磁回路と、前記発電コイルによって付勢される他の
   直流出力端子間に並列に接続された蓄電池及び分圧器と
   、この分圧器に接続された第１の定電圧素子さ、この第
   １の定電圧素子の導通時に前記出力トランジスタを遮断
   させる制御トランジスタと、前記分圧器と前記直流出力
   端子との間に第２の定電圧素子を介してｐｎｐトランジ
   スタのエミッタ・ベース経路が接続され、前記ｐｎｐ）
   ランジスクの出力により前記制御トランジスタの動作を
   制御する保護回路とを備えることを特徴とする電圧調整
   装置。