JPH0199500A - 交流発電機の界磁電圧調整装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、交流発電機の界磁電圧調整装置に係り、とく
に比較的小型で自励式のものに好適な交流発電機の界磁
電圧調整装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に従来例を示す。この第３図の従来例には、発電
機の出力コイル５１と補助コイル５２と界磁コイル５３
が開示されている。出力コイル５１は、主スィッチ５１
Ａを介して負荷８０に接続されている。この出力コイル
５１からの出力の一部は、整流回路５４で整流されて界
磁制御用として使用されるようになっている。補助コイ
ル５２の出力は、整流回路５５に整流されて界磁用電源
として界磁コイル５３に印加されるようになっている。

補助コイル５２の整流回路５５の出力側には、コンデン
サ５６が接続され、また、界磁コイル５３とトランジス
タ５７の直列回路が接続されている。トランジスタ５７
にはダイオード５８が並列に接続され、界磁コイル５３
にはフライホイールダイオード６０が並列に接続されて
いる。整流回路５４の出力側には抵抗器６１を介して、
コンデンサ６２と、直列接続された２個の抵抗器６３゜
６４とが並列接続されている。抵抗器６３．６４の接続
点には、ツェナーダイオード６５を介して、抵抗器６７
の一端が接続されている。抵抗器６７の他端は、共通に
接続された整流回路５４．５５の負極側（以下、「接地
ライン」という）に接続されている。

抵抗器６７にはダイオード６９が並列接続され、また、
ツェナーダイオード６５との接続側にトランジスタ７０
のベースが接続されている。トランジスタ７０は、その
エミッタが接地ラインに接続され、そのコレクタが抵抗
器７１の一端とトランジスタ７２のベースに接続されて
いる。このトランジスタ７０のコレクタは抵抗器７１の
一端とトランジスタ７２のベースに接続されている。抵
抗器７１の他端は界磁コイル５３の一端に接続された整
流回路５５の正極側（以下、「正ライン」という）に接
続されている。トランジスタ７２のエミッタはトランジ
スタ５７のベースに接続されている。

そして、負荷８０が電球等であって進相特性を有しない
場合、発電機のロータが回転振動されて出力コイル５１
に出力電圧が発生すると、この出力電圧は図示しない電
球等の負荷８０に供給される。同時にこの出力は、整流
回路５４．抵抗器６１、およびコンデンサ６２で交流平
滑され、抵抗器６３．６４に供給される。抵抗器６３．
６４の接続点は、ツェナダイオード６５を介してトラン
ジスタ７０のベースに接続されているので、分圧電圧が
一定値（ツェナ電圧）を越えると、トランジスタ７０が
導通ずることになる。

出力コイル１に生ずる出力電圧が、あらかじめ設定され
た電圧、すなわち第３図の回路におけるツェナダイオー
ド６５の作動電圧以下のときには、電圧調整作用は行わ
れず、補助コイル５２に発生した電圧が、その状態では
導通しているトランジスタ５７を介して界磁コイル５３
に供給され、発電作用を行うことになる。出力電圧が上
昇してツェナダイオード６５が通電するとトランジスタ
７０が導通するので、トランジスタ７２は遮断し、した
がってトランジスタ５７も遮断して、界磁コイル５３へ
の電流を制限し、発電機の出力電圧を低下させる。これ
を適宜繰り返して電圧調整を行うことになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上記従来例においては、接続する負荷８
０が容量負荷等である場合、界磁コイル５３に逆起電力
が発生する場合があり、前述したトランジスタ５７，７
０．７６のための保護回路としてダイオード５日を必要
としていた。又、ダーリントン接続のトランジスタ５７
にあっては、電流容量の大きいものを常に必要としてい
た。例えば、電流容量１０（Ａ）のトランジスタ５７を
使用するとパルスに対する許容値は１５（Ａ）程度であ
るが、安全性の立場より現実には更に大きい電流容量の
ものを使用せざるを得ない状況となっている。更にトラ
ンジスタ７０に直列接続された抵抗器７１については、
ダーリントン接続のトランジスタ７２．５７に比較的大
きいベース電流を通電しなければならないことから、定
格ワット数の大きいものが必要とされていた。このため
、上記従来例においては、全体的に消費電力が多く、発
熱による部品の劣化が激しいという不都合があった。

一方、上記従来例を改善するものとして、ダーリントン
接続のトランジスタ回路に代えて電界効果トランジスタ
とツェナーダイオードとの組み合わせ回路を使用する試
みも成されている。

しかしながら、この電界効果トランジスタを使用したも
のは、電力消費の低減化には有効であるが、発電機の始
動直後の出力電圧の立上りに難点があり、出力電圧が所
定の値にならないと励磁電流が流れないという事態が生
じ、これがため出力電圧の立上りに幾分時間が掛かると
いう不都合があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記従来例の存する不都合を改善し、
とくに発電機の始動時の電圧立上り特性が良好で且つ電
流消費の少ない交流発電機の界磁電圧調整装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明では、補助コイルからの出力を整流し界
磁コイルへ供給する界磁用電源回路部と、この界磁用電
源回路部と界磁コイルとの間に介装され且つ出力コイル
からの出力に付勢されて作動する界磁電圧調整回路部と
を備えている。この界磁電圧調整回路部に起動時電圧補
償回路部が併設されている。界磁電圧調整回路部は、界
磁コイルに直列接続された電界効果トランジスタと、こ
の電界効果トランジスタのドレイン−ゲート間にそれぞ
れ並列接続されたコンデンサ及びツェナーダイオードと
、前記補助コイル出力を前記電界効果トランジスタのゲ
ートに印加して当該電界効果トランジスタを稼働状態に
設定する励磁開始制御部とにより構成されている。さら
に起動時電圧補償回路部は、電界効果トランジスタに並
列接続された通電回路と、この通電回路を前記出力コイ
ルの低電圧出力時には通電制御するとともに当該出力コ
イルが所定レベル以上の起電力を出力した場合には直ち
に遮断制御する界磁通電制御回路とにより構成されてい
る。これによって前述した目的を達成しようとするもの
である。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第２図に基づい
て説明する。ここで、前述した従来例と同一の構成部材
については同一の符号を用いることとする。

この第１図の実施例は、交流発電機の界磁用電源回路部
１と、界磁コイル５３と、界磁電圧調整回路部３と、起
動時電圧補償回路部２とを備えている。

界磁用電源回路部１は、前述した従来例の場合と同様に
、補助コイル５２を主要部としている。

補助コイル５２の出力は、整流器５５に整流されて界磁
コイル５３へ印加されるようになっている。

また、出力コイル５１からの出力は、整流器５４で整流
されて界磁電圧調整回路３用の励磁開始制御用として使
用されるようになっている。この場合、出力コイル５１
の出力電圧の波形ｑ、を第２図（１）に示し、整流器５
４の出力側の波形ｅ２を第２図（２）に示す。

界磁電圧調整回路３は、界磁コイル５３に直列接続され
た電界効果トランジスタ３５と、この電界効果トランジ
スタ３５のドレイン−ゲート間にそれ奢れ並列接続され
たコンデンサ３６及びツェナーダイオード３７と、始動
後に補助コイル５２出力を電界効果トランジスタ３５の
ゲートに印加して当該電界効果トランジスタ３５を稼働
状態に設定する励磁開始制御部４とにより構成されてい
る。

この内、励磁開始制御部４は、整流器５４で整流された
出力コイル５１からの出力を分圧する抵抗５３．５４と
、この内の下流側の分圧抵抗器５４の電位をツェナーダ
イオード５５を介してベースに入力する制御用トランジ
スタ７０と、この制御用トランジスタ７０のベース−エ
ミッタ間に各々並列接続された抵抗器６７及び逆止用ダ
イオード６９とを備えている。制御用トランジスタ７０
のコレクタ端は、抵抗器７１を介して補助コイル５２用
の整流器５５の上流側出力端に接続され、同じくエミッ
タ端は補助コイル５２用の整流器５５の下流側出力端に
接続されている。

制御用トランジスタ７０のコレクタ端は前述した電界効
果トランジスタ（以下、ｒＦＥＴＪという）３５のゲー
トに接続されている。ＦＥ７３５のドレイン端は界磁コ
イル５３の下流側に接続されている。この界磁コイル５
３には、逆止用ダイオード６０が並列接続されている。

第２図（３）に前述した制御トランジスタ７０の出力波
形を示し、第２図（４）に界磁コイル５３に印加される
電圧の波形を示す。

ここで、上述した界磁電圧調整回路部３の作用について
説明する。

発電機の始動直後において、出力コイル５１の出力電圧
は低い。このため、前述した従来例の場合と同様に、制
御用トランジスタ７０は、遮断されている。一方、この
制御用トランジスタ７０の遮断により、補助コイル５２
から抵抗７１を通りＦＥＴ３５のゲートにしきい値電圧
以上が供給される。これにより、ＦＥＴ３５は導通とな
り界磁コイル２に電流を流し出力電圧を上昇させる。逆
に、出力電圧が高い時はトランジスタ７０は導通となり
ＦＥＴ３５にゲート電圧を供給せず、ＦＥＴ３５は遮断
されるため界磁コイル２に電流が流れず、出力電圧は低
下する。この繰り返しにより、出力電圧は一定に調整さ
れる。

ここで、使用するＦＥＴには特性上第３図のダイオード
５８に相当するものが内蔵されており、新規にダイオー
ドを接続する必要がない。また、パルス電流に対する許
容値が高く、電流容量９゜６〔Ａ〕のもので３８（Ａ）
とトランジスタの特性を大きく上回っている。さらにオ
ン（ＯＮ）抵抗が決まっており、電流１〔Ａ〕を流した
場合、オン抵抗が０．６〔Ω〕のもので電圧降下が０゜
６〔■〕と小さい。加えて、ダイオード３７でゲート電
圧を規制しているため、特性上電流制限がかかり、例え
ば出力が短絡したとしても大電流が流れることはない。

例えば、ゲート電圧５〔ｖ〕に規制するとドレイン電流
は６〔Ａ３以上流れない（特性値は一例である）。

抵抗７１に関しても、ＦＥＴ３５を電流で制御している
ため、大きい電流を流す必要はなく、砥抗値を大きくし
、ワット数の小さいもので良い。

第１図中、コンデンサ３６は、補助コイル５２の電圧の
変化によるゲートしきい電圧のふらつきを防ぎ、ＦＥＴ
３５を導通の立上がりを良くする作用を成す。

これに対し、起動時電圧補償回路部２は、前述した電界
効果トランジスタ３５に並列接続された通電回路２１と
、この通電回路２１を出力コイル５１の低圧出力時には
導通制御するとともに出力コイル５１が所定レベル以上
の起電力を出力した場合には遮断制御する通電制御回路
２２とにより構成されている。

これを更に詳述すると、通電回路２１は、ダーリントン
接続された二個のＮＰＮ　）ランジスタ２３．２４によ
り構成されている。この通電回路２３のオン（ＯＮ）又
はオフ（ＯＦＦ）を切換え制御する通電制御回路２２は
、補助コイル５２の整流器５５の出力側に並列接続され
た抵抗器２２Ａ及びエミッタ接地のスイッチングトラン
ジスタ２２Ｂから成る直列回路と、このスイッチングト
ランジスタ２２Ｂのベース端と前述した補助コイル側整
流器５５の正出力ラインとの間に第１図に示す如く接続
された抵抗器２２Ｇ及びツェナーダイオード２２Ｄから
成る直列回路とにより構成されている。そして、スイッ
チングトランジスタ２２Ｂのコレクタ端は、前述した通
電回路２１の一方のトランジスタ２３のベースに接続さ
れている。

次に、この起動時電圧補償回路部２の動作を前述したＦ
ＥＴ３５との関連において説明する。

発電機の始動時初期には出力コイル５１の発生電圧は小
さいのでツェナーダイオード２２Ｄのツェナー電圧に達
しておらずスイッチングトランジスタ２２Ｂは遮断して
いる。この時、ＦＥＴ３５側のスイッチングトランジス
タ７ｏも当然遮断している。このためＦＥＴ３５にゲー
ト電圧が印加されているがまだ低く、従ってＦＥＴ３５
は未だ導通していない。この場合、一方のトランジスタ
２２Ｂが遮断していることにより、他方のトランジスタ
２３にベース電流が流れ導通し始める。トランジスタ２
３が導通ずるとトランジスタ２４が導通し界磁コイル３
に電流を流す。これにより、出力電圧は上昇してＦＥＴ
３５のゲートしきい電圧以上となり、ＦＥＴ３５が導通
する。さらに出力電圧が上昇しツェナーダイオード３９
のツェナ電圧を越えると、トランジスタ２２Ｂにベース
電流が流れ導通となる。したがって、トランジスタ２３
．２４は遮断となり、始動が完了したことになる。この
後はトランジスタ２２Ｂは導通し、トランジスタ２３，
２４の状態にて前述した出力電圧の調整が行われる。

ここで、例えばゲートしきい電圧が４〔■〕であった場
合、補償コイル５２の発生電圧が１０［Ｖ）になった時
、トランジスタ２２Ｂが導通し、トランジスタ２３．２
４が遮断する様に設定したとすると、界磁コイル３の抵
抗を５０〔Ω］とすればトランジスタ２４に流れる最大
電流は１０（Ｖ）１５０（Ω）＝０．２　（Ａ〕であり
比較的小さいトランジスタの追加で済むこととなる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によると、界磁電圧調整回路部を電
界効果トランジスタ及びこれに並列接続されたツェナー
ダイオードを要部として構成したことから、電力損失が
著しく低減され、同時に、電力損失すなわち熱損失が少
ないことから各回路素子が熱によって損傷するという不
都合が少なくなり従って回路全体の耐久性向上が図られ
たものとなっており、また、起動時電圧補償回路部の作
用により発電機の始動直後の低圧出力時にあっても励磁
電流を界磁コイルに通電せしめることができ、これがた
め発電機出力の電圧立上りが迅速且つ正確に行われると
いう利点があり、更に発電機の出力電圧が所定レベル以
上になると直ちに起動時電圧補償回路部が界磁コイルか
ら電気的に分離されるようになっていることから、この
起動時電圧補償回路部を電流容量の小さい素子で形成す
ることができ、以上のように構成され機能するので、起
電力の立上り特性を有効に改善し且つ全体的に消費電力
を小さく抑えることができるという従来にない優れた交
流発電機の界磁電圧調整装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路図、第２図は第１
図の各部における動作を示す説明図、第３図は従来例を
示す回路図である。 １・・・・・・界磁用電源回路部、２・・・・・・起動
時電圧補償回路部、３・・・・・・界磁電圧調整回路部
、４・・・・・・励磁開始制御部、２１・・・・・・通
電回路部、２２・・・・・・界磁通電制御回路、３５・
・・・・・電界効果トランジスタ、３６・・・・・・コ
ンデンサ、３７・・・・・・ツェナーダイオード、５１
・・・・・・出力コイル、５２・・・・・・補助コイル
、５３・・・・・・界磁コイル。 特許出願人　　　鈴木自動車工業株式会社−５′ 手続補正書（自発） 特許庁長官　　吉　１）文　毅　　殿 １、事件の表示　　　　昭和６２年特許願第２５６６１
５号ゴウリュウハッデンキ　　カイジ　テン７ツチヨウ
セイソウチ２、発明の名称　　　　交流発電機の界磁電
圧調整装置３、補正をする者 事件との関係　□特許出願人 住　　所　　　　静岡県浜名郡可美村高塚３００番地名
　　称　　　（２０Ｂ）鈴木自動車工業株式会社代表者
　　鈴　木　　　修 ４、代理人　　　〒１０１電話（０３）　８６２−６５
２０６、補正の内容 （１）、　　明細書第４ページ第１２行目の「回転」と
「されて」との間に記載されている 「振動」を、「駆動」に訂正する。 （２）、明細書第５ページ第４行目の「ツェナダイオー
ド」を、「ツェナーダイオード」と訂正する。 （３）、　　明細書第５ページ第８行目から同ページ第
９行目にかけて記載されている「ツェナダイオード」を
、「ツェナーダイオード」に訂正する。 （４）、　　明細書第５ページ第１９行目の「５７゜７
０」と「のための」との間に記載されているｒ、１６」
を、ｒ、７２」に訂正する。 （５）、　　明細書第７ページ第４行目の「電圧」と「
という」との間に記載されている「の立ち上がりに幾分
時間が掛かる」を削除し、この削除した箇所に次の「　
」内の文を挿入する。 「が立ち上がらない」 （６）、　　明細書第９ページ第７行目の「電圧調整」
と「用の」との間に記載されている「回路３」を、「回
路部３」と訂正する。 （７）、　　明細書第９ページ第１２行目の「電圧調整
」と「は、界磁」との間に記載されている「回路３」を
、「回路部３」に訂正する。 （８）、　　明細書第１０ページ第２行目から同ページ
第３行目にかけて記載されている「抵抗５３．５４と、
」を削除し、この削除した箇所に次の［」内の文を挿入
する。 「抵抗器６１，６３．６４と、」 （９）、　　明細書第１０ページ第３行目に記載されて
いる「分圧抵抗器５」を、「分圧抵抗器６」に訂正する
。 （１０）、明細書第１０ページ第４行目に記載されてい
る「ダイオード５５」を、「ダイオード６５」に訂正す
る。 （１１）、明細書第１０ページ第１７行目に記載されて
いる「逆上用」を「フライホイール」と訂正する。 （１２）、明細書第１１ページ第８行目の「５２から」
と「を通り」との間に記載されている「抵抗７１」を、
「抵抗器７１」に訂正する。 （１３）、明細書第１１ページ第１１行目の冒頭に記載
されている「コイル２」を、「コイル５３」と訂正する
。 （１４）　、明細書第１１ページ第１４行目の「界磁」
と「電流が」との間に記載されている「コイル２」を、
「コイル５３」と訂正する。 （１５）　、明細書第１１ページ第１７行目の「ＦＥＴ
」と「には」との間に「３５」を挿入する。 （１６）　、明細書第１２ページ第５行目の「加えて、
」と「ダイオード」との間に「ツェナー」を挿入する。 （１７）　、明細書第１２ページ第１１行目の冒頭に記
載されている「抵抗７１」を、「抵抗器７１」に訂正す
る。 （１８）、明細書第１２ページ第１１行目の「電流」を
、「電圧」と訂正する。 （１９）　、明細書第１３ページ第３行目の「制御する
」と「通電制御」との間に「界磁」を挿入する。 （２０）　、明細書第１３ページ第９行目に記載されて
いる「御する」と「通電制御」との間に「界磁」を挿入
する。 （２１）、明細書第１４ページ第２行目に記載されてい
る「出力コイル５１」を、「補助コイル５２」と訂正す
る。 （２２）　、明細書第１４ページ第１３行目の「界磁コ
イル３」を、「界磁コイル５３」と訂正する。 （２３）、明細書第１４ページ第１６行目に記載されて
いる「３９」を、ｒ２２Ｄ」に訂正する。 （２４）　、明細書第１５ページ第１行目に記載されて
いるｒ２３，２４Ｊと「の状態にて」との間に、「は遮
断」を挿入する。 （２５）、明細書第１５ページ第４行目に記載されてい
る「補償」を、「補助」と訂正する。 （２６）　、明細書第１５ページ第７行目の「界磁コイ
ル３」を、「界磁コイル５３」と訂正する。 （２７）、明細書第１６ページ第１９行目に記載されて
いる「通電回路部」を、「通電回路」と訂正する。 （２８）、願書に添付した図面の内、第１図ないし第２
図を、別紙の第１図ないし第２図と（内容に変更なし）
差し換え補正する。 以　上。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）、補助コイルからの出力を整流し界磁コイルへ供
   給する界磁用電源回路部と、この界磁用電源回路部と界
   磁コイルとの間に介装され且つ出力コイルからの出力に
   付勢されて作動する界磁電圧調整回路部とを備え、 この界磁電圧調整回路部に起動時電圧補償回路部を併設
   し、 前記界磁電圧調整回路部を、前記界磁コイルに直列接続
   された電界効果トランジスタと、この電界効果トランジ
   スタのドレイン−ゲート間にそれぞれ並列接続されたコ
   ンデンサ及びツェナーダイオードと、前記補助コイル出
   力を前記電界効果トランジスタのゲートに印加して当該
   電界効果トランジスタを稼働状態に設定する励磁開始制
   御部とにより構成し、 前記起動時電圧補償回路部を、前記電界効果トランジス
   タに並列接続された通電回路と、この通電回路を前記出
   力コイルの低電圧出力時には通電制御するとともに当該
   出力コイルが所定レベル以上の起電力を出力した場合に
   は直ちに遮断制御する界磁通電制御回路とにより構成し
   たことを特徴とする交流発電機の界磁電圧調整装置。