WO1988002566A1 - Ac generator for vehicles - Google Patents

Description

明 細 書

車両用 交流発電機

技術分野

この発明は自動車等に塔載する車両用交 発電機に関 する ものである。

背景技術

第 1 図は従来の ¾ ^発電機の回路構成を示すも ので、 図において、 （1)は発電機の固定子に装着された三相出力 巻線、 （2)は発電機の回転子に装着された界磁巻線、 （³)は 三相出力巻線（1)の交流出力を直流に変換する整流回路で、 この直流出力は蓄電池を充電する と と も に電気負荷に供 給される。 ^は三相交流出力の一部を励磁電流と して出 力する補助整流回路、(⁴)は界磁巻線（²)の励磁電流を調整し て出力電圧を一定に制御する電圧調整回路で、 励磁電流 を断続するパヮ ト ラ ン ジスタお、 ドラ イ ノ ト ラ ン ジスタ 、 ゼナーダイオー ド^および電圧検出回路 から構成 されている。

このよ うな構成のも とで、 界磁巻線 (²)に電流が供給さ れて回転駆動されている場合、 界磁卷線（ の抵抗値で最 大励磁電流が決ま り 、 この励磁電流によって整流回路か ら最大の出力が得られる。 最大出力が必要でない場合に は補助整流回路 の電圧が上昇し、 検出回路 ^の電位が 上り、 ゼナーダイ オー ド^が導通して ドライ ノ、' ト ランジ ス タ が導通してパヮ ト ラ ンジス タ が遮断される。 次 いで界磁巻線 (²)の励磁電流が減少して検出回路 の電位 が： Fり ゼナ—ダイ才一、ド^が 導通となりパヮ 卜ランジ スタ が導通する。 以上の繰返しで出力の電圧.が一定に 保たれる o

従来のこの種発電機の最大出力は上述のよ うに界磁巻 線 (2)の抵抗値で決まる最大励磁電流に依存しているので、 この抵抗値が変化すると最大励磁電流が変化し、 したが つて最大出力が変化するこ とになる。 このよ うな変化の —つに冷時出力と熱時出力の関係がある。 すなわち、 充 電 電機 休 ιΕして'界磁巻線 の温度 周 ¾温變ど同じ 状態で運転するとその時の抵抗値に応じた励磁電流が流 れ、 この励磁電流に応じた最大出力が出る。 これが冷時 出力である。 運転を継続すると界磁巻線 (²)に励磁電流と 抵抗値によ り熱が発生して抵抗値が大き く なり励磁電流 が漉少 ¾熱 .彼激 ^^合つ 所で 定. . な る。 これが熱時出力である。 一般に冷時出力から熱時出 力へ移行するのに数分乃至数 1 0分かゝ る。 発電機を駆動 するのに必要な トルクはこの出力に比例するので、 例え

' プ一 ' ス'：¾^ ^^起 す'恐 ^つ いては冷時出力で設計条件を決める必要があ り、 一般に 発電機の駆動用プーリを大き く しなければならない。 そ こで、 従来のこの種発電機の出力特性を第 2図について 説 Wする 、 （⁴01) 1 零囲気^;温度²0でにぉける冷時¾カ 特性、 （⁴11 ) はこの冷時出力特性に対応する駆動トルク 特性、 O²) は雰囲気温度 ²o°Cにおける熱時出力特性、

(412) は熱時の駆動 トルク特性、 （403) は雰囲気温度 120 °Cにおける冷時出力待性、 0⁴) は雰囲気温度 1²0 ¾における熱時出力特性である。 出力特性 （⁴01) は車両 運転直後に発生する過渡的な も ので、 車両には必要のな いものであるが、 この出力特性に見合う駆動トルク特性 (411) を伝達するのに例えば外径 60mmのプー リが必要 となる。 すなわち、 駆動用プー リ と して冷時に対応した 大形のものを配置しなければならず、 装置の大形化、 重 量の増大などを招く 欠点があった。 また、 逆に雰囲気温 度がある温度以上になる と必要出力特性 （⁴0S)に対して 出力が不足するこ とになる。

も う一つの変化は発電機の周囲温度の変化による もの である。 車両の機関のまわりの温度は外部の気温が 20°C の場合、 20°Cから 120 °Cの間で変化する。 この周囲温度 の変化は界磁巻線 (2)の抵抗値を変化させるので出力も変 化する。 これが出力の雰囲気依存性であ り 、 周囲温度が 高い程出力の低下は大きい。 車両の電気負荷は雰囲気温 度に関係なく 必要なものであるから、 一般には雰囲気温 度の上昇を加味した大きな出力を準備しなければならな い o

この発明は上述の問題点を解消するためになされた も ので、 最大出力を一定にして過渡的に発生する冷時出力 を排除し、 雰囲気温度で出力が変動するこ とがないよ う にした車両用交流発電機を得ることを目的とする。

掛^閨示

本発明は界磁巻線に供給される励磁電流の最大値を抑 制する界磁電流制限回路を設け、 冷時にお る最大出力 の発生を解消するよ うにした車両甩交流発電機を提供す る ものである。

本発明によれば、 冷時において熱時を上回る大きな最 大出力を発生することがなく なり、 冷時に対応した駆動 用ブーリなどを配置する必要がなぐなるため、 車両重量 を著減するてとができ、 かつ-、 雰 ¾ 温 に影蓍を受 ない安定な発電機出力を得ることができる。

図面の簡単な説明

第 1図は従来の車両用交流発電機を示す回路図、 第 2 図は第 1 図における発電機の出力特性を示す特性図、 第 す回路構成図、 第 4図は出力特性を示す特性図、 第 5図 はこの発明の他の実施例を示す車両用交流発電機を示す 回路構成図である。 この発明をより詳細に理解させるため、 以下、 図面に したがって説明する。

第 3 図はこの発明の一実施例である車両用交流発電機 を示すもので、 図において、 第 1 m 対応する '部分には 同一符号を付してその説明を省略する。 （⁵)はこの発明の 要部である界磁電流制限回路で、 次の部材から構成され ている。 すなわち、 （δ は電流検出抵抗で、 ノ、。 ヮ ト ラン ジ スタ ^のェ ミ ッ タ と接地間に接続されてお り 、 界磁巻線 (²)に流れる励磁電流を検出する ものである。 - (¾)はコ ンパ レ ータで、 予め定められた電流を越える と ドライバ ト ラ ン ジス タ ^を導通してパヮ ト ラ ン ジス タ ^が不導通にな るよ うに構成されている。 （⁵³) ( )はコ ンノ、。 レ ータ（ )への入 力電圧を定電圧に設定するための抵抗とゼナーダイ ォー ド、 （55) (56)はコ ン パ レータ（ )の基準電圧を決定するための 抵抗、 （ (58)は コ ンパ レータ （¾)のプラ ス入力端と出力端と の間に接続されたコ ンデンサと抵抗で、 発振作用の防止 のために設けられている。 （⁵⁹)は抵抗 ⁽⁵³)と抵抗 (65)間の接続 点と、 コ ンパ レータ（⁵²)の出力端との間に接続された抵抗、 (SO)は コ ンノ、°レ一タ （δ2)の出力端と、 ドラ イ パ ト ラ ン ジス タ のベースとゼナーダイ ォー ド との接続点間に接続さ れたダイオー ドである。

なお、 交流発電機においては熱時 （ ² 0°C〜： l ² 0°Cの間の 所定値 ） における最大出力を定格出力と して保証してお り 、 この最大出力発生時に抵抗 (⁵Dによって生ずる電圧を 抵抗蜮 (66)によって形成し、 コ ンパレータ（¾)の基準電圧と して入力している。

このよ うな構成のも とで、 三相出力巻線 ωの電気負荷 が軽く 、 界磁電流値が熱時最大出力時の界磁電流値以下 の場合、 コ ンパ レータ （ )の出力は 口 一 ' レベルであ り 、 電圧調整回路 (4)の界磁電流制御には何んら影響を及ぼさ な 。

次に、 冷時において、 電気負荷が増大し、 界磁電流値 が熱時最大出力時の界磁電流値を越えた場 、 コ ンパレ —タ の出力は ハ イ " レベルとなり、 電圧調整回路 (⁴) の ト ラ ンジ^ タ が導通し、 出力 ト ラ ン ジスタ ^は不導 通となり、 界磁電流が遮断される。

したがって、 上記の動作によ り界磁電流を定格出力で ある熱時最大出力時の界磁電流値に制限することによ り、 第 4'図に葡線〔406) で示すよ に冷熱時の 力 性、 '駆 動 トルク特性を同一にすることができ、 冷時において、 界磁電流制限回路 (⁵)が無い場合に比べ （曲線（40⁶) で示 す ） 、 駆動トルクを熱時並に抑制することができる。 す なわち、 機関への負担を抑制できる ものである。

に: : 養施溯¾0 で ¾¾凝 给熟 こお ける最大出力を一定にするこ とが可能となるため、 発電 機を駆動するブーリの外径を小さ く設計しても ス リ ッ プ を発生するこ とがなく なる。 この結果、 プーリの必要外^?襲！^発 ¾ ^ ¾¾ S¾養根 fcM" 'る ¾ が 従来の過渡的出力である冷時出力の 60%であるとすると、 プーリは ⁴⁶ -5mm の外径で良いことにな り、 大きさは約 80%となる。 これに連結されるすべてのプーリがこの 80 %の比率で縮少されるので、 '車面重量の輊減にも大き く 貢献する。 また、 発電機出力が、 雰囲気温度に影響され ないので、 車両の電気システムが安定し、 出力不足が発 生しないので高い信頼性が得られる。

と こ ろで、 このよ う な車両用交流発電機においては、 たとえば、 交流発電機の量産メ ーカにおいて製品の出荷 検査をする場合、 出力特性の判定に当って 1 台 1 台定格 出力である熱時出力特性を測定するこ とは製造時間上で きない。 そこで、 短時間測定が可能な冷時出力特性でも つて判定する方法が一般的である。 しかしながら、 第 ³ 図における交流発電機の場合、 冷時出力特性の測定時に は界磁電流制限回路 (⁵)が動作するため、 熱時出力に相当 する出力とな り、 正確な判定ができないも のとなる。

第 5 図はこのよ う な欠点を解消する も ので、 界磁電流 制限回路 (5)の動作を選択的に排除でき るよ うにしたもの である。

すなわち、 図において、 （⁶)は蓄電池、 （⁷)はキ一スイ ツ チで、 蓄電池 (6)を初期励磁抵抗 Wを介して電圧調整回路 (4)および補助整流回路^の出力端に接続し、 動作電源を 供給する。 （⁹)は蓄電池（⁶)および整流回路（³)から給電され る電気負荷、 ^は表示ラ ンプで、 キースィ ッチ（⁷)から逆 流防止ダイオー ドな1)を介して励磁電流を供給し、 その点 灯によって発電機が非発電状態であるこ とを表示する。 (^はこの実施例の要部である外部スィ ッチで、 表示ラ ン プ 0と界磁電流制限回路 (5)の電源供給端子との接続点に 一端が接続され、 他端は接地されている。 このよ うな構成のも とで、 発電機メーカにおける出荷 検査時、 一時的に外部スィッチ を閉成すると、 界磁電 流制限回路 ）の電源供給端子が接地されるこ とになり、 界磁電流制限回路 (⁵)は動作不能となる。 したがって、 第 4図に曲線 （4 0 1 )で示すよ うに界磁電流制限回路 (5)を有 しない場合すなわち冷時の出 ¾特性を得ることが可能と なり 、 この特性を測定するこ と によって効率よ く正確な 判定を行なわせることができ る。 また、 同時に表示ラ ン プな が点灯するこ とになるため、 この点灯によって界磁

：

； L、 用者に報知させることができる。

なお、 上述の実施例では、 界磁電流制限回路 ( の電源 供給端子を外部スィ ツチ α¾によって接地するよ うに構成 したが、 電源供給端子と表示ラ ンプ^ との間に直列に揷 しても周様に制御させることができ る。

ただし、 この場合、 表示ラ ンプ 0が点灯しないので機 能解除の旨が報知されないことになる。 また、 表示ラ ン プ^をキース ィ ッチ（7)と補助整流回路^の出力端子との 鳳に,設 の つ.い 示 た ,が 示ランプ を JIJ¾ 整流回路抑から独立分離した場合について も同様の効果 を奏する。

さ らに、 上記実施例では、 発電機メーカの出荷検査に s vる渤果? c v^ ^ β、 車興 装着 ^ ¾合 おいても走行条件、 電気負荷条件によ り一時的に界磁電 流制限回路 (⁵)の機能を解除して交流発電機の出力を増加 させたい場合、 車両の走行条件あるいは電気負荷条件に よ り 開閉され、 外部ス ィ ッチ に相当する コ ン ト ロ ール ス ィ ッチを設ける こ とによ り 、 その目的を瑋成するこ と ができ る。

こ のよ う に、 界磁電流制限回路 (5)の機能を外部スイ ツ チ（1 によ り必要に応じて排除させる こ と によ り 、 交流発 電機の出荷検査において出力特性の判定が正確になる外、 車両に装着した場合について も容易に界磁電流制限回路

(5)の機能を解除する こ とができ る効果がある。

以上、 説明したよ う に、 この発明は界磁卷線に供給す る最大励磁電流を界磁電流制限回路によって所望の熱時 最大出力特性に制限する こ とが可能と な り 、 車両重量の 軽減、 信頼性の高い装置を得る こ とができ る と と も に界 磁電流制限回路を選択的に排除する こ と によ り 、 発電機 の出力特性を効率よ く 、 正確に測定する こ とができ るな ど実用価値の高い車両用交流発電機を提供する こ とがで さ る。

Claims

請 求 の 範 囲

, (1) 界 _; 卷線:、 ^の界擺卷線^，励.磁電流に応働する出力 を発生する三相出力巻線、 この三相出力巻線による三栢 出力を直流に変換する整流回路、 上記界磁巻線の励磁電 流を調整して出力電圧を一定にする電圧調整回路および 上記界磁卷線の最大励磁電流を制限する界磁電流制限回 路を備えた車両用交流発電機。 -

(2) 電圧調整回路は界磁巻線への通電を制御するパヮ ト ラ ンジスタ を備え、 界磁電流制限回路は上記パヮ ト ラ ン ジスタに流れ' m^^m流 抗を介 て検出 、 こ の電流が所定値を越えないよ うに上記パヮ ト ラ ン ジスタ を制御するよ うに構成したことを特徴とする請求の範囲 第 1項記載の車雨用交流発電機。

(3) 界磁卷線、 この界磁巻線の励磁電流に応じて出力を 生する三無 膽镍、 の 办 よ 三 力を直流に変換する整流回路、 この整流回路の出力によ つて充電される蓄電池、 上記界磁巻線の励磁電流を断続 制御するこ とによって上記整流回路の出力電圧を所定値: ^m ^ m m m ^ま 霉 ·によつ 動 :源 が供袷され、 上記界磁巻線の励磁電流が所定値を越えな いよ うに制限する界磁電流制限回路、 この界磁電流制限 回路に接続され、 該界磁電流制限回路の動作を選択的に 铼除する'外部ズィ ツチを'衛ぇた車 w用 流発電機。

(4) 界磁卷線、 この界磁卷線の励磁電流に応じて出力を 発生する三相出力巻線、 この三相出力巻線による三相出 力を直流に変換する整流回路、 この整流回路の出力によ つて充電される蓄電池、 上記界磁巻線の励磁電流を断続 制御するこ とによって上記整流回路の出力零圧を所定値 'に制御する電圧調整回路、 この電圧調整回路と上記蓄電 池との間に接続され、 発電機における発電あるいは非発 電状態を表示する表示ラ ン プ、 この表示ラ ンプを通して 動作電源が供給され、 上記界磁巻線の励磁電流が所定値 を越えないよ うに制限する界磁電流制限回路、 この界磁 電流制限回路に接続され、 該界磁電流制限回路の動作を 選択的に排除する外部ス ィ ッ チを備えた車両用交流発電 TO o

(5) 外部ス ィ ッ チの一端を表示ラ ンプと界磁電流制限回 路との接続点に接続し、 他端を接地したこ とを特徴とす る請求の範囲第 4項記載の車両囲交流発電機。

(6) 外部ス ィ ッ チを表示ラ ンプと界磁電流制限回路との 間に直列に接続したこ とを特徴とする請求の範囲第 4項 記載の車両用交流発電機。