JPH0126251B2

JPH0126251B2 -

Info

Publication number: JPH0126251B2
Application number: JP56178463A
Authority: JP
Inventors: Shii Jakobitsuchi Merubin; Supensaa Uiriamu; Bii Somu Jeimuzu
Original assignee: Sundstrand Corp
Current assignee: Sundstrand Corp
Priority date: 1980-11-10
Filing date: 1981-11-09
Publication date: 1989-05-23
Also published as: DE3135919A1; FR2494053B1; IL64200A0; JPS57110026A; GB2087176A; SE8106356L; IT8149649A0; GB2087176B; SE449675B; IT1171644B; FR2494053A1; IT8149649A1; IL64200A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕この発明はブラシレス交流発電機に関するもの
であり、特に、短絡ダイオード保護装置を備えた
ブラシレス交流発電機に関するものである。

〔背景技術〕

何年も以前には、交流励磁機および回転整流器
の組立体から界磁励磁が供給されるようなブラシ
レス交流発電機を製造するときには、回転整流器
の組立体における短絡ダイオードの検出という、
特有の問題と常に直面していた。この回転整流器
の組立体内に短絡ダイオードが存在するときに
は、励磁機巻線を横切る短絡回路が間欠的に形成
される。また、この励磁機界磁の励起が維持され
るときには、多くの短絡回路電流が励磁機電機子
巻線中を流れることになる。この多くの短絡回路
電流のために、当該励磁機の広い範囲にわたる損
傷または破壊がもたらされ、また、主発電機やシ
ステムの他の構成要素に対する損傷がもたらされ
る可能性がある。

このような短絡ダイオードの問題に対する有効
な解決法の中には、カルフイー（Calfee）外によ
る特許第3210603号で提言されたものがある。こ
のカルフイー外による特許において示されている
ものは、励磁機界磁電流がモニタされていて、回
転ダイオードに損傷があつたときには、その界磁
回路がしや断されるようにした回転界磁発電機で
ある。電流を表す信号が、変流器により、ダイオ
ード・ブリツジ整流器およびRCフイルタに対し
て結合されている。ダイオードに損傷が生じたと
きには、界磁回路における交流リツプルの振幅が
増大し、また、その周波数が減小する。ダイオー
ド・ブリツジ整流器及びRCフイルタからの整流
電圧の振幅が増大し、リレーを附勢して、当該界
磁回路を開にする。前述されたことは、界磁電流
の直流成分をの交流成分から分離させるためにも
有効である。交流器には直流バイアスがかけられ
ているために、当該変流器の設計は臨界的なもの
であると認められる。その直流バイアスは平均励
磁機界磁アンペアと等しい。この直流バイアスの
ためには、重量が大きくて高価な変流器が必要と
される。後から説明されるこの発明においては、
このような変流器を必要とすることはなく、ま
た、電流成分の検出の伴う分離についての、どの
ような問題もない。

短絡ダイオードの問題に対する別異の解決法
は、ハイバリネン（Hyvarinen）外による特許第
3534228号に開示されている。これに開示されて
いるものは、励磁機界磁回路内の直列抵抗と、直
流阻止コンデンサを通して当該直列抵抗を横切つ
て接続された変圧器とからなる感知回路である。
この変圧器の電圧出力は、RCフイルタを通して、
ダイオード・ブリツジ整流器および界磁電流調整
器に結合される。このハイバリネン外による特許
においては、界磁電流の振動またはリツプルに比
例した交流誤差電圧を生成させるための、励磁機
界磁に対する交流導通結合回路が必要とされる。
この交流誤差電圧がある所定の基準を超えたとき
に、励磁機界磁電流を制限するための装置によつ
て、短絡ダイオードを保護することが可能にされ
る。後述されるこの発明においては、界磁回路の
線路内に多くの電流成分を含ませることを必要と
しない短絡ダイオード保護装置が提供されてお
り、これによつて、短絡ダイオードの検出に対す
る信頼性におけるフアクタとしての、構成要素の
全体的な損傷の可能性を減小されている。

〔発明の開示〕

この発明は、付勢可能にされた励磁機界磁巻線
を有する形式のブラシレス交流発電機のための短
絡ダイオード保護システムに関するものである。
このシステムに含まれているものは、励磁機界磁
を横切る電圧差（Voltage differential）感知し、
この電圧差を発電機負荷電流と対にして、これに
より、正常の発電機負荷電流の範囲において予測
可能な値になる出力信号を提供するようにした回
路配列体である。そして、この出力信号は、ダイ
オードに短絡が発生したときには、より高い値に
なるような性質を有するものである。該出力信号
に応答する別異の回路配列体においては、当該出
力信号が正常な負荷電流の範囲において予め設定
された値を超えたきにはいつでも、励磁機界磁の
しや断を生起させるような出力が発生される。

従つて、この発明の主たる目的は、保護を提供
するために界磁電流や界磁電流のリツプルを検出
して使用することを必要としない、短絡ダイオー
ド保護装置を備えたブラシレス交流発電機を提供
することにある。

この発明の別異の目的は、励磁機界磁巻線を横
切る電圧差を検出し、この励磁機界磁巻線を横切
る電圧差が予め設定された値を超えたときには、
いつでもその励磁機界磁に対する附勢をしや断す
るようにした、ブラシレス交流発電機のための短
絡ダイオード保護システムを提供することにあ
る。

この発明の更に別異の目的は、短絡ダイオード
保護システムにおいてマイクロプロセツサを使用
することにある。そして、このマイクロプロセツ
サには、正常な発電機負荷電流の範囲において予
め設定された範囲内の電流値が記憶されていて、
励磁機界磁巻線を横切つて検出された電圧差が予
め設定された範囲内の該記憶値を超えたときに、
リレーが附勢されて励磁機界磁の附勢をしや断す
るようにされる。

前述の諸目的を達成するさいに、この発明にお
ける発電機に含まれているものは、固定電機子部
材と、界磁巻線を有する回転可能部材とが組合さ
れたものである。固定部材を有する励磁機には励
磁機界磁巻線が備えられている。また、回転可能
部材も、これとともに回転可能な整流器組立体お
よび電機子部材を有している。整流器組立体は、
励磁機電機子部材と発電機界磁巻線との間で電気
的に接続されていて、この発電機界磁巻線を直流
励磁するようにされる。前記励磁機界磁巻線には
直流電流を供給するための回路が設けられてい
る。

この発電機装置に更に含まれているものは、励
磁機界磁巻線を横切る電圧差を感知し、この電圧
差を発電機負荷電流と対にする回路配列体であつ
て、これにより、正常な発電機負荷電流の範囲に
おいて、予測可能な範囲での値になる出力信号が
出力される。この出力信号は、ダイオードに短絡
が発生したときには、より高い範囲で値になるよ
うな性質を有するものである。その別異の回路配
列体は、この出力信号に応答して、当該出力信号
が正常な負荷電流の範囲において予め設定された
値を超えたときには、いつでも、励磁機界磁のし
や断を生起させるような出力が発生される。

電圧差を感知するための回路配列体は励磁機界
磁巻線を横切つて電気的に結合されており、ま
た、この励磁機界磁巻線に対して電気的に結合さ
れたマルチプレクサが含まれている。別異の回路
配列体の一部分であるマイクロプロセツサは、該
マルチプレクサにも電気的に結合されている。こ
のマルチプレクサは、マイクロプロセツサからの
制御信号と共に、励磁機界磁巻線からの信号をも
受け入れるようにされている。

負荷電流感知回路は発電機の出力に結合されて
おり、また、その出力はマルチプレクサに結合さ
れている。

電圧差を感知するための回路配列体に更に含ま
れているものは、マルチプレクサからの出力に対
して電気的に結合されたデイジタル−アナログ変
換器である。この変換器は前述の出力信号をマイ
クロプロセツサに与えるものであり、この出力信
号は、予測可能な範囲での値か、または、ダイオ
ードの短絡で発生するような、より高い範囲での
値のいずれかを有するものである。

出力信号に応答する別異の回路配列体に更に含
まれているものは、リレーに対して電気的に結合
された発電機制御リレー駆動器である。そして、
このリレーの附勢により、励磁機界磁の附勢をし
や断する制御がなされる。

マイクロプロセツサには、正常な負荷電流の範
囲において予め設定された範囲の値が記憶されて
いる。そして、その出力信号が正常な範囲におけ
る任意の所与の負荷電流において予め設定された
値を超えたときには、いつでも、励磁機界磁をし
や断するようにリレーが附勢される。最後に、こ
のリレーの附勢と共に、抵抗要素が励磁界磁巻線
を横切つて制御可能に電気的に接続される。これ
により、ダイオードの短絡が検出されたときに
は、励磁機界磁巻線の附勢がしや断されて、発電
機のいかなる自励でも減衰される。

この発明の他の目的および利点は、添付図面に
関連してなされる以下の説明から明らかにされ
る。

〔実施例の説明〕

まず、第１図を参照すると、この発明の実施例
であるブラシレス交流発電機装置が概略的に示さ
れている。こゝでの発電機は通常のものであつ
て、図示しない回転可能軸を含む回転可能組立体
１０が設けられており、その上には、一緒に回転
する界磁巻線１１、三相電機子巻線１２および整
流器組立体１３が装着されている。整流器組立体
１３は、図示のように界磁巻線１１に対して電気
的に接続されており、また、ダイオード１４，１
５，１６，１７，１８および１９が含まれてい
る。三相固定子巻線２０が設けられていて、これ
により、図示しない固定子構造体の一部分が形成
されている。発電機出力導体２１，２２および２
３は、三相固定子巻線２０の点線による外郭部か
ら出て、点線によるブロツク２６で描された変流
器配列体に入るように示されている。この変流器
配列体２６の機能については、より詳細に後述さ
れる。通常の種類の永久磁石発電機３０は、トラ
ンジスタＱ、コンデンサＣ、抵抗R₁、および、
ダイオードCR１，CR２のような通常の電圧調整
器の構成要素とともに、全波整流ブリツジ３１と
関連して使用されている。そして、前記電圧調整
器の構成要素は、これに続けて、励磁機界磁巻線
３６のいずれかの側の電気リード３２、および３
３に対して、図示のように電気的に相互接続され
ている。励磁機界磁巻線３６は、図示されない固
定子上に装着されていて、全波整流ブリツジ３１
を経由し、前述された電気的接続部および構成要
素を通して、永久磁石発電機３０からの直流励磁
が与えられる。図示されない永久磁石界磁部材
は、これも図示されない主発電機軸から駆動され
ていて、この主発電機軸が回転されているときは
いつでも、該接続部および構成要素を通して、励
磁機電圧が励磁機界磁巻線３６に対して与えられ
ることになる。常閉のしや断器接点３７，３８お
よび３９がリード４１，４２および４３内に示さ
れており、これらのリードは、永久磁石発電機３
０を全波整流ブリツジ３１と相互接続されてい
る。これら常閉のしや断器接点３７，３８および
３９を開にすることは、より詳細に後述される。
こゝでは、これらのしや断器接点３７，３８およ
び３９を開にすることにより、励磁機界磁巻線３
６に対する直流電力がしや断されるということを
注意しておく。

参照数字４６と４７、および、それらと組合さ
れた二又の矢印で総括的に指示されている一対の
分圧器回路網は、それぞれに、点４８においてリ
ード３３に対して、また、点４９においてリード
３２に対して、電気的に接続されている。これら
の分圧器回路網４６および４７は、マルチプレク
サ５２に対するリード５０および５１上におい
て、分圧器抵抗R₂，R₃，R₄，R₅および分圧器コ
ンデンサＣ１，Ｃ２のために選択された値に応じ
て減小された電圧信号を与える。

点線による外郭部で示された回路配例体５５で
ある感知装置は、励磁機界磁巻線３６を横切る電
圧差を感知して、後述されるような態様をもつ
て、この電圧差を発電機負荷電流と対（Pair）に
する。先に注意されたように、マルチプレクサ５
２はリード５０および５１上における電圧信号を
連続的に受け入れている。そして、これらの電圧
信号は、励磁機界磁巻線３６のいずれかの側でリ
ード３２，３３において感知された電圧に直接比
例している。

概略的に示されている変流器配列体２６は、三
相負荷電流平均回路５６に対するリード２７，２
８および２９上において、発電機が出力すること
を要求されている負荷電流を表す信号を連続的に
出力する。負荷電流平均回路５６は、マルチプレ
クサ５２に対して出力されるリード５７上の単一
の信号出力を有している。マルチプレクサ５２
は、リード６１を介して、マイクロプロセツサ装
置６０からの信号によつて制御される。マルチプ
レクサ５２は、アナログ−デイジタル変換器５９
に対してリード５８上で与えられる単一の信号出
力を有している。アナログ−デイジタル変換器５
９は、リード５８上での信号を、マイクロプロセ
ツサ装置６０による使用のための、リード６２上
でのデイジタル形式の信号に変換する。

マイクロプロセツサ装置６０は、次のような態
様でプログラム化される。即ち、マルチプレクサ
５２が、該マイクロプロセツサ装置６０からのリ
ード６１上の信号による制御の下に、リード５
０，５１上の減小された電圧信号およびリード５
７上の平均負荷電流信号を連続的に受け入れ、そ
して、その出力５８に通すような態様でプログラ
ム化される。電圧および負荷電流がサンプリング
されるシーケンスは、マイクロプロセツサ装置の
プログラムに依存した設計事項である。後から明
白になる理由によりマイクロプロセツサで要求さ
れることは、ある所与の平均負荷電流において検
出された差電圧が、該所与の平均負荷電流に対し
て該マイクロプロセツサ内に記憶されている予め
設定された値を超えたか否かの決定をするため
に、マイクロプロセツサ・ロジツクで設定するこ
とが許容されるような一対の条件が存在すべきこ
とである。ある所与の負荷電流において、ある差
電圧が予め設定され、記憶された値を超えたこと
が検出されたときには、いつでも、発電機制御リ
レー駆動器兼リレー６３に対するリード６８上で
信号が発生される。そして、この駆動器兼リレー
６３が附勢されて、点線で示されている機械的な
接続部６４を介して、常閉のしや断器接点３７，
３８および３９が開にされ、これにより、励磁機
巻線３６の附勢がしや断される。

こゝで注用されることは、発電機制御リレー駆
動器兼リレー６３からの機械的な接続部６４によ
り、機械的な接続部６４ａ経由して、常開のしや
断器接点６６を閉にする制御がなされることであ
る。このしや断器接点６６が閉にされると、励磁
機界磁巻線３６に対するリード３２，３３を横切
つて抵抗６７が入るようにされ、これにより、短
絡されたダイオードの検出がなされて、励磁機界
磁巻線の附勢がしや断されたときには、いつで
も、発電機のいかなる自励でも減衰される。

マイクロプロセツサ装置６０および発電機制御
リレー駆動器兼リレー６３は、点線によるブロツ
ク６５内に含まれるようにして示されており、リ
ード６２上の出力信号に応答する手段を表すよう
にされていて、リード６２上の出力信号が正常な
負荷電流の範囲において予め定められた値を超え
たときには、いちでも、励磁機界磁巻線３６の附
勢をしや断する出力が接続６４上に発生するよう
にされる。

第１図における装置の詳細な動作について、第
２ａ図〜第２ｄ図における信号波形図と関連させ
て説明するのに先立つて、この発明で認知し、検
出し、そして、作用する現象についてグラフ的に
示されている第３図を参照する。この第３図は、
第１図における巻線３６のような発電機励磁巻線
を横切る電圧差のプロツト図であつて、短絡ダイ
オードが存在する場合および存在しない場合につ
いて、正常な負荷電流の範囲にわたつてプロツト
されたものである。

第１図において、励磁機界磁巻線３６の両端が
リード３２，３３に接続されている。参照文字
“Ａ”およびこれと組合わされた。矢印はリード
３３上の点４８を指示しており、また、参照文字
“Ｂ”およびこれと組合わされた矢印はリード３
２上の点４９を指示している。

回転整流器組立体１３におけるダイオード１４
〜１９が良好な動作状態にあるときには、点
“Ａ”における電圧PtAは、第３図に示されてい
るように、分圧器回路網４６によつて減少された
電圧曲線７０として表されている。同様にして、
ダイオード１４〜１９が良好な動作状態にあると
きに、点“Ｂ”における電圧PtBは電圧曲線７１
として表されている。任意の所与の負荷電流にお
いて、電圧曲線７０，７１間の距離は、励磁機界
磁巻線３６を横切る電圧差を表している。

ダイオード１４〜１９の中の１個が短絡したと
きには、回転発電機界磁１１は、励磁機界磁巻線
３６に対する電気的エネルギ源として作用する。
この電気的エネルギ源は、接地に関する点“Ａ”
および“Ｂ”の電圧に影響するものである。短絡
されたダイオードが存在していて、発電機界磁１
１が電圧源として作用するときには、励磁機界磁
巻線３６における負の側は、接地以下のCR２の
値だけによつて制限される。励磁機界磁巻線３６
における正の側からは、リード３２を介してコン
デンサＣにエネルギを供給し、これによつて、
“Ｂ”における電圧を確保するようにされる。点
“Ｂ”において確保されたこの電圧は、永久磁石
全波整流ブリツジ３１を逆バイアス（back
bias）させるのに充分なレベルにまで増大され
る。点“Ｂ”における電圧はコンデンサＣに反映
され、そして、界磁電流が点“Ｂ”からコンデン
サＣおよびダイオードCR２を通して流れるよう
にされて、これにより、点“Ａ”における電圧に
影響するようにされる。

こゝで第３図に戻ると、点“Ａ”の短絡ダイオ
ード電圧曲線７２および点“Ｂ”の短絡ダイオー
ド電圧曲線７３がプロツトされていることが認め
られる。また、全ての負荷電流において良好なダ
イオードの電圧曲線７０，７１間の差電圧は、短
絡ダイオード電圧曲線７２，７３間の差電圧より
も常に小さいことが認められる。

第４図は、励磁機界磁巻線電圧差曲線のプロツ
ト図であつて、正常な発電機負荷電流の範囲内で
プロツトされたものである。“良好なダイオード”
であるときの実線による差電圧曲線７４および７
５は、同一の周波数であるが相異なる温度におい
て発電機が動作するときに、予測可能な範囲内の
値になるように示されている。“短絡ダイオード”
が存在するときの点線による差電圧曲線７６およ
び７７は、より高い範囲内での値になるように示
されている。

保護設定曲線７８は、マイクロプロセツサ６０
内に記憶された、予め設定された値を表してい
る。励磁機界磁巻線３６を横切る差電圧の絶対値
が、この保護設定曲線７８よりも大きいときに
は、いつでも、第１図に示されているように、発
電機制御リレー駆動器兼リレー６３が附勢され、
機械的接続部６４を介して常閉しや断器接点３
７，３８，３９を開にすることによつて、励磁機
界磁巻線３６の附勢がしや断される。

こゝで、400Hzにおいて無負荷で動作する発電
機に対する波形図として、第２ａ図〜第２ｄ図が
参照される。これらの第２ａ図〜第２ｄ図は、前
記第１図の発電機装置に関連して検討される。

第２ａ図は、点“Ａ”における電圧を時系列的
にプロツトしたものであつて、全波整流ブリツジ
３１によつて出力された、理想的に全波整流され
た矩形波形態８０，８１，８２および８３が示さ
れている。時間的には、矩形波８３の終わりにお
いてダイオードの短絡が生じ、そして、ピーク電
圧が生じている間に、その平均電圧が131.6ボル
トDCから115ボルトDCまで降下することが認め
られる。

第２ｂ図は、第２ａ図と同じ時間間隔にわたつ
て、点“Ｂ”における電圧をプロツトしたもので
ある。こゝで、短絡ダイオードが存在する状態の
期間は、参照数字８５で示されるように、電圧が
増大している。

第２ｃ図においては、点“Ａ”および“Ｂ”に
おける抵抗分圧器の出力電圧が互いに離れてプロ
ツトされている。こゝに、時間的な点８６におけ
る△（V_B−V_A）の突然の増大は、第４図の保護
設定曲線７８の予め設定された値よりも大きい値
であるものとしてマイクロプロセツサ６０によつ
て認められる。そして、このマイクロプロセツサ
６０からは、第２ｄ図に示された波形の出力が得
られる。

前述された事項から容易に認められることは、
こゝに説明された発明によれば、短絡されたダイ
オードに対する保護を与えるために、界磁電流ま
たは界磁電流のリツプルを検出して使用すること
を必要としないような、短絡されたダイオードに
対する保護の機能を備えたブラシレス交流発電機
が提供されるということである。このようなこと
の全ては、励磁機界磁巻線を横切る電圧差を検出
することによつて有利に達成される。即ち、励磁
機界磁巻線を横切る電圧差が、マイクロプロセツ
サ装置内に記憶されている予め設定された値を超
えたときには、いつでも、励磁機界磁の附勢がし
や断されるものである。

この発明の説明は、図示された特定の実施例と
関連してなされたけれども、その特許請求の範囲
に記載されたこの発明の精神から逸脱することな
く、種々の変更がなされ得るものであつて、例え
ば、これに制限されるわけではないが、上記実施
例で用いられたマルチプレクサ、変換器およびマ
ルチプレクサの組合せに代えて、適当なアナログ
回路を使用するような、種々の変更がなされ得る
ことは、当業者にとつて明白なことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である発電機装
置を概略的に示す回路構成図、第２ａ図〜第２ｄ
図は、前記第１図の発電機装置において、ダイオ
ードの短絡の発生がある場合とない場合との、
種々の点における動作特性を示す波形図、第３図
は、短絡ダイオードが存在する場合と存在しない
場合との、正常な負荷電流の範囲において発電機
励磁機巻線を横切る電圧差を示すプロツト図、第
４図は、前記第３図の短絡時動作特性と非短絡時
動作特性との間に配置されて示されている、この
発明におけるマイクロプロセツサ内で予め設定さ
れた値の配置箇所を示すグラフ図である。図において、１０は回転可能組立体（回転可能
部材）、１１は界磁巻線、１２は三相電機子巻線
（回転可能の電機子部材）、１３は整流器組立体
（整流器装置）、２０は三相固定子巻線（固定電機
子部材）、２６は交流器配列体（負荷電流感知装
置）、３０は永久磁石発電機、３６は励磁機界磁
巻線、５２はマルチプレクサ、５５は感知装置
（電圧差感知装置）、５６は負荷電流平均回路（負
荷電流感知回路装置）、６０はマイクロプロセツ
サ装置、６５は出力信号応答装置である。

Claims

【特許請求の範囲】１界磁電流または界磁電流リツプルの検出およ
び使用を必要としない、短絡ダイオード保護のた
めの装置を有するブラシレス交流発電機であつ
て、固定電機子部材、および、界磁巻線を備えた回
転可能部材と、界磁巻線を備えた固定部材、および、発電機の
前記回転可能部材と共に回転可能な電機子部材を
有する励磁機と、前記回転可能部材と共に回転するように装着さ
れており、また、前記励磁機における電機子部材
と発電機界磁巻線との間で電気的に接続されてい
る、前記発電機界磁巻線を直流励磁するための整
流器装置と、直流電流を前記励磁機における界磁巻線に供給
するための装置と、前記励磁機における界磁巻線を横切る電圧差
が、正常な発電機負荷電流の範囲においては、予
測可能な値を有する出力信号として生成される電
圧差感知装置であつて、ダイオードに短絡が発生
したときには、前記出力信号の値がより高くなる
前記電圧差感知装置と、前記出力信号が、前記正常な負荷電流の範囲に
おいて予め設定された値を超えたときには、この
出力信号に応答して、前記励磁機における界磁巻
線に対する附勢をしや断する出力を生成させる出
力信号応答装置と、を備えたブラシレス交流発電機。２前記電圧差感知装置は、前記励磁機における
界磁巻線を横切つて電機的に結合されており、ま
た、これに含まれているマルチプレクサ装置は、
前記励磁機における界磁巻線を横切つて電気的に
結合されると共に、前記出力信号応答装置に含ま
れているマイクロプロセツサ装置に電気的に結合
されていて、前記マルチプレクサ装置は、前記励
磁機における界磁巻線のいずれかの側からの信号
および前記マイクロプロセツサ装置からの制御信
号を受入れるように適合されている、特許請求の
範囲第１項記載のブラシレス交流発電機。３発電機の出力部に結合されるように含まれて
いる負荷電流感知回路装置は、前記マルチプレク
サ装置に結合された出力部を有している、特許請
求の範囲第２項記載のブラシレス交流発電機。