JPS61196735A - 交流発電機の電圧制御装置 - 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〕 本発明は車両や一般産業用に用いられる電圧調整機能を
持った発電装置に関し、特に励磁コイルそのものが短絡
した場合や、誤結線等によってスイッチング手段に直に
電源電圧が誤って印加された場合にスイッチング手段を
確実に遮断、保護する短絡保護回路を持ったものに関す
る。

〔従来の技術〕

従来でも、例えば励磁コイル両端間の短絡等でスイッチ
ング手段が誤ってバッテリ端子に接続されたりした場合
に前記スイッチング手段を強制的に遮断状態にするよう
な短絡保護回路を備えた電圧調整機能を持った発電装置
は、例えば、特開昭５５−１３６２８号に示されている
。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この従来構成での問題点を本発明にかかわる第１図を援
用し以下説明する。

第１図において、スイッチング手段となる出力トランジ
スタ７の出力端子Ｆ（以下、Ｆ端子と称する）にバッテ
リのプラス側電圧が直接誤って印加された時（第２図（
Ｂ）の時刻ｔＩ）は、この出力トランジスタ７は確実か
つ強制的に時刻ｔ２で遮断状態に制御されるように従来
回路は構成されている。なお、第２図（Ａ）、　　（Ｂ
）は出力トランジスタ７のコレクタ電圧ベース電圧波形
図であり横に時間ｔ、縦に電圧Ｖをとっである。

励磁コイル４そのものが短絡、例えば眉間短絡したよう
な場合には、この励磁コイルのインダクタンスを介して
流れる（時刻ｔ、）誘導性の短絡電流がトランジスタ７
の前記強制遮断フライホイールダイオード６をアノード
側からカソード側へ順方向に流れ、徐々に減少してこれ
が零になると、今度はフライホイールダイオードが持っ
ているコンデンサ成分によってフライホイールダイオー
ド６の正孔、電子の蓄積キャリアが完全に移動しおわる
までリカバリー電流がフライホイールダイード６を逆方
向（カソードからアノード側へ）に流れる。

そして、フライホイールダイオード６の蓄積キャリアが
なくなりリカバリー電流が流れなくなって、フライホイ
ールダイオード６が逆バイアス状態となると、今まで流
れていたりカバリ−電流が急に流れなくなるため（時刻
ｔ３）励磁コイルの両端に逆起電力ｅが発生する。そし
て出力トランジスタ７のＦ端子の電位が前記逆起電力ｅ
によって瞬間的に低下するため、このＦ端子電位を短絡
検出信号としている短絡保護回路は、前述の瞬間的な電
位低下によって前述の層間短絡が正常化したと判断して
その短絡保護を解除してしまうため、出力トランジスタ
７は時刻ｔ４で再び導通状態へ以降してしまう。

ところが、実際には前述の眉間短絡は正常化していない
のであるから、このトランジスタ７の再導浦によって、
再び短絡電流が流れる。この短絡電流は励磁コイル４の
一部を流れるため、励磁コイル４のインダクタンスを介
して流れることになるため前にも述べたごとく、誘導性
の短絡電流となる。そして、この短絡電流を短絡保護回
路が検出するためトランジスタ７の強制遮断が行われ、
誘導性のフライホイール電流がフライホイールダイオー
ド６を順方向に流れる。

このフライホイール電流は徐々に減少して、これが零に
なると、今度はりカバリ−電流がフライホイールダイオ
ドロを逆方向に流れる。次にフライホイールダイオドロ
がオフすると、リカバリー電流が急に流れなくなり、そ
の反作用で、逆起電力ｅが発生する。

このため、Ｆ端子の電位が低下し、出力トランジスタ７
が、また時刻ｔ、で導通してしまう。このような作動を
繰り返して出力トランジスタ７がオンオフを操り返し、
つまり、出力トランジスタ７が発振し、オンの時に出力
トランジスタ７に短絡電流が流れ、出力トランジスタ７
が異常発熱する。よって出力トランジスタ７が破壊され
る場合が考えられる。

従って、本発明は、上述の問題点に鑑みて、励磁コイル
が短絡状態となっても出力トランジスタを発振させるこ
とがなく、確実にこれを遮断し保護することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

そのために、本発明では電機子コイルと励磁コイルと前
記電機子コイルからの交流出力を整流する整流器とで構
成される交流発電機、前記励磁コイルの励磁電流を断続
するスイッチング手段、前記整流器の直流出力により充
電されるバッテリ、前記電機子コイル又は前記バッテリ
の電圧に応じて前記スイッチング手段を制御する電圧調
整回路、および前記スイッチング手段の出力端子に正常
時より高い電圧が加わった場合に前記スイッチング手段
を強制的に遮断状態にする保護回路を備えた電圧調整機
能を持った発電装置に置いて、前記スイッチング手段の
出力端子と前記保護回路との間に前記保護回路が誤作動
するのを防止する遅延回路を備えたものである。

〔作　用〕 このように出力トランジスタのＦ端子に遅延回路を設け
たことにより、励磁コイル自体の短絡に伴うＦ端子電位
の瞬間的な落ち込みが生じても、つまり瞬間的に正常時
と変わらない電圧レベルに下がったとしても、適当番こ
選択して構成される遅延回路の時定数によってその瞬間
的な電圧の落ち込みはカントされることになり、もって
インダクタンスを含んだ短絡故障が生じても確実に短絡
保護が行える。

〔実施例〕

次に本発明の一実施例を図に基づいて説明する。

第１図は本発明の電圧制御装置の一実施例を含む車両用
発電装置の全体回路図、第２図（Ａ）。

（Ｂ）は、インダクタンスを含む短絡故障の場合の出力
トランジスタの発振現象を示す図である。

第１図において、１は車両用発電機で、実施例ではＹ結
線による三相交流電圧を整流した直流用力をバッテリ２
６および図示しない負荷に供給するものである。２は電
圧調整回路である。

次に、各ブロック１．２において、３は電機子コイル、
４は発電機の励磁コイル、５は発電機出力を全波整流す
る複数のダイオードで構成される整流器、６は励磁コイ
ル４及び逆起電力吸収用のフライホイールダイオード、
７は励磁電流を通電遮断するスイッチング手段としての
出力トランジスタ、８は定電圧回路１４の定電圧出力を
分圧抵抗１９．２０によって分圧した基準電圧とＦ端子
電圧を入力とする遅延回路２１の出力とを比較するコン
パレータ、９は分圧抵抗１７．１８によってつくられる
基準電圧とバッテリ端子（Ｓ端子）電圧の分圧抵抗１５
．１６を介してつくられる電圧とを比較するコンパレー
タ、１０は一定周期でリセットパルスを発生するリセッ
トパルス発生回路１３の出力を反転するためのインバー
タ回路、１１はインバータ回路出力とコンパレータ８，
９の出力を入力とするＮＡＮＤＡＮＤ回路て１２ばＮＡ
ＮＤ回路出力とコンパレータ９の出力を入力とし、その
出力を出力トランジスタ７に入力するＡＮＤ回路である
。２５はキースイッチ、２６はバッテリである。なお、
前述の遅延回路２１は抵抗２２．２４とコンデンサ２３
から構成される時定数回路である。

定電圧回路１４およびリセットパルス発生回路１３につ
いては発明の主たる部分ではなく、又そ技術も公知であ
るのでここではその説明を省略する。

次に、上記構成に基づいてその作動を説明する。

第１図において、キースイッチ２５を投入すると、バッ
テリ２６からＩＧ端子を経て電圧制御装置２にパワーが
供給される。この時、バッテリ電圧は調整電圧以下のた
め、コンパレータ９は非反転入力端子の電圧の方が反転
入力端子の電圧より高いので出力レベルが１となる。一
方、ＮＡＮＤ回路１１は正常時の出力レベルが１となる
ためＡＮＤ回路の出力レベルも１となり、出力トランジ
スタ７オンさせ、励磁コイル４に励磁電流が流れること
により発電機１は発電を開始する。

発電機出力電圧が上昇し、バッテリ電圧が調整電圧以上
になるとコンパレータ９の出力レベルは０レベルとなる
ので、ＡＮＤ回路１２の出力レベルも０レベルに反転し
、もって出力トランジスタ７を非導通状態とし、励磁電
流を遮断し発電を停止させる。バッテリ電圧が調整電圧
以下となると再び出力トランジスタ７が導通を開始する
ため、上記動作が繰り返されてバッテリ電圧は略一定値
に保たれる。

このとき、端子Ｂ−Ｆ間が誤って完全短絡されたとする
と、出力トランジスタ７が導通状態になった瞬間にトラ
ンジスタ７にはバッテリ２６から過大電流が流入するた
めＦ端子電圧がバッテリに近い値まで急上昇する。する
と、コンパレータ８の出力はルベルとなる。Ｂ−Ｆ間の
完全短絡に伴って励磁コイル４の電流がなくなり発電も
停止するのでコンパレータ９の出力もルベルとなる。

従ってＮＡＮＤ回路１１、ＡＮＤ回路１２の出力はとも
に０レベルとなるから出力トランジスタ７は瞬時のうち
に非導通状態へ移行するので短絡型流に伴う電力破壊か
ら保護される。

又、ＮＡＮＤ回路１１にはリセットパルスが一定周期で
印加されているから、短絡保護が働いてパワートランジ
スタ７が非導通となってからは、そのリセットパルスに
よってパワートランジスタ７は一定周期で瞬時的にオン
状態を繰り返す。このとき、短絡状態が長く続いたとし
ても、出力トランジスタ７が破壊することのないよう極
めて短い時間出力トランジスタ７をオンするようにリセ
トパルスを設定しである。この途中で、短絡が回避、つ
まり、Ｂ−Ｆ間の誤結線等に気づいて正しく結線されれ
ば、Ｆ端子の電圧は正常動作時の低い値に復帰するので
、コンパレータ８の出力レベルはＯレベルとなって、Ｎ
ＡＮＤ回路１１の出力を正常時のルベルに復帰させる。

ＮＡＮＤ回路１１がルベルになることによって短絡保護
が解除されることになる。

上述の如く、Ｂ−Ｆ間完全短絡ではなく、インダクタン
スと抵抗との成分を有する励磁コイル４自体に層間短絡
等の短絡故障が発生した場合はＢ−Ｆ間に抵抗とインダ
クタンスが介在した部分的短絡となり、このインダクタ
ンスによって誘導性の短絡電流が発生する。このときも
、Ｆ端子は短絡電流によって高い電圧レベルとなり、コ
ンパレータ８の短絡保護検出レベルをこえるため短絡故
障状態であることをコンパレータ８が検出しテ出力トラ
ンジスタ７を遮断する。

従って励磁コイル４の一部に流れていた誘導性の短絡励
磁電流は遮断状態の出力トランジスタ７を流れずフライ
ホイールダイオード６を流れる。

この誘導性電流は徐々に減少して零になると、今度はフ
ライホイールダイオード６内の蓄積キャリアが完全に移
行しおえるまでリカバリー電流がフライホイールダイオ
ード内を逆方向に流れる。このリカバリー電流はフライ
ホイールダイオード６のコンデンサ成分の放電電流であ
る。

蓄積キャリアが完全に移行しておえでフライホイールダ
イオード６が逆バイアス状態となってオフすると、前記
リカバリー電流の急断によって励磁コイル４の両端に逆
起電力ｅが発生してＦ＠子電圧レベルは瞬間ではあるが
、正常時の電圧レベルに近い値まで低下してしまう。

しかし、このＦ端子電圧の瞬間的な落ち込みはこのＦ端
子に接続されている抵抗２２．２４とコンデンサ２３の
時定数回路による遅延回路２１によってカットされ、従
ってコンパレータ８の出力もルベルのままであり、出力
トランジスタ７を遮断状態に保つことができ、これまで
のようにインダクタンスを含む場合の短絡事故が生じて
も出力トランジスタ７を発振させることがなく、確実に
短絡保護が行える。

また、インダクタンスを含む短絡の場合、前記Ｆ端子の
電圧の落ち込み時間は極めて微少であるため遅延回路２
１の時定数を小さく設定できるので、遅延回路２１を設
けたことによる応答性もさほど影響を受けることなく短
絡保護することが可能になる。

なお、本実施例では、ＮＡＮＤ回路、ＡＮＤ回路および
コンパレータ回路はその各々の回路構成については触れ
ていないが、そのような論理を構成する回路であれば何
でもよい。

〔発明の効果〕

以上、述べた如く本発明では、電圧調整機能を持った発
電装置において、励磁コイル自体が何らかの原因で短絡
してインダクタンスを経由する誘導性電流が流れたり、
又は誤結線によりＦ端子（例えば出力トランジスタのコ
レクタ端子）がバッテリ端子と結線され、大電流が例え
ば出力トランジスタに流入しようとする上記いずれの場
合にも前記出力トランジスタを発振させることなく安定
に遮断するための遅延回路を有する短絡保護回路を備え
ているので、スイッチング手段としての例えば出力トラ
ンジスタの破壊を未然に防止することが可能となる。

加えて、遅延回路の時定数を決定する例えば抵抗値、コ
ンデンサ容量も小さくできるので遅延回路を含めた電圧
制御装置の小型化、半導体化も可能であり、より信頼性
の高い電圧調整機能を持った発電装置を提供しうるとい
う優れた効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の一実施例を含む車両用発電機の全
体回路図、第２図は従来装置において発生したところの
、インダクタンスを含む誘導性短絡の場合の出力トラン
ジスタの発振現象を示す図である。 １・・・交流発電機、２・・・電圧調整回路、３・・・
電機子コイル、４・・・励磁コイル、５・・・整流器、
７・・・スイッチング手段をなす出力トランジスタ、８
．１１・・・保護回路を成す例えばコンパレータ８とＮ
ＡＮＤ回路１１、Ｆ・・・出力端子、２１・・・遅延回
路、２６・・・バッテリ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電機子コイルと励磁コイルと前記電機子コイルからの交
   流出力を整流する整流器とで構成される交流発電機、前
   記励磁コイルの励磁電流を断続するスイッチング手段、
   前記整流器の直流出力により充電されるバッテリ、前記
   電機子コイル又は前記バッテリの電圧に応じて前記スイ
   ッチング手段を制御する電圧調整回路、および前記スイ
   ッチング手段の出力端子に正常時より高い電圧が加わっ
   た場合に前記スイッチング手段を強制的に遮断状態にす
   る保護回路を備えた電圧調整機能を持った発電装置に置
   いて、 前記スイッチング手段の出力端子と前記保護回路との間
   に前記保護回路が誤作動するのを防止する遅延回路を備
   えたことを特徴とする電圧調整機能を持った発電装置。