發電電源裝置的製作方法

2023-07-22 11:41:21

專利名稱：發電電源裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及具備由內燃機驅動的磁鐵式交流發電機、對該發電機的輸出進行整流而供給電池的整流電路的發電電源裝置。
背景技術：
作為被安裝在由內燃機驅動的車輛等中的發電電源裝置，如特開昭56-150933號 所示那樣，使用了具備以下部件的發電電源裝置由內燃機驅動的磁鐵式交流發電機；對 該發電機的輸出進行整流而供給電池的控制整流電路；檢測電池電壓(電池的兩端的電 壓)的電壓檢測部件；對控制整流電路進行控制，使得由電壓檢測部件檢測出的電池電壓 保持在設定範圍內的控制部件。在專利文獻1所示的發電電源裝置中，使用混合橋型的控制整流電路，其中，構成 橋電路的上邊的整流元件和構成橋電路的下邊的整流元件中的一方由晶閘管構成，而另一
方由二極體構成。控制整流電路具備被輸入交流電壓的交流輸入端子、輸出直流電壓的直流輸出端 子，其中交流輸入端子與交流發電機的輸出端子連接，直流輸出端子與電池連接。對控制整流電路進行控制的控制部件控制向晶閘管的觸發信號的供給，使得在電 池電壓在容許上限值以下時，使晶閘管成為ON狀態而向電池供給充電電流，在電池電壓超 過了容許上限值時，使晶閘管成為OFF狀態而停止向電池供給充電電流，由此將電池電壓 保持在容許上限值以下。在控制整流電路的全部晶閘管為OFF狀態時，發電機的輸出端子 之間成為OPEN狀態。一般，由內燃機驅動的交流發電機被設計為即使在內燃機以空轉(idling)速度 附近的極低的轉速進行旋轉時，也產生對電池充電所必需的電壓。由於發電機的輸出電壓 伴隨著內燃機的轉速的上升而上升，所以，如果設計為在發電機進行極低速旋轉時也產生 能夠對電池進行充電的電壓，則在內燃機的高速旋轉時，其輸出電壓顯著上升。如果發電機 的輸出電壓上升，則流過控制整流電路的電流增大，對整流元件的負擔變大，因此，必須使 用電流容量大的昂貴的元件作為整流元件，發電電源裝置的成本上升。另外，如果通過整流 元件而流過的電流增大，則從整流元件的發熱變多，因此必須對整流元件安裝大型的散熱 片，無法避免裝置的大型化。

發明內容
本發明的目的就在於提供一種發電電源裝置，能夠使用電流容量比現有技術小 的元件作為構成控制整流電路的整流元件而謀求降低成本，並且通過抑制從整流元件的發 熱來謀求對整流元件安裝的散熱片的小型化，能夠謀求發電電源裝置的小型化。本發明是一種發電電源裝置，具備由內燃機驅動的磁鐵式交流發電機；橋型的 控制整流電路，其中構成橋電路的各上邊的整流元件和構成橋電路的各下邊的整流元件中 的至少一個由晶間管構成，在交流輸入端子之間被施加上述磁鐵式交流發電機的輸出，在直流輸出端子之間連接有電池；檢測電池電壓的電壓檢測部件；和控制部件，其中該控制部件具備對向晶閘管的觸發信號的供給進行控制，使得由電壓檢測部件檢測的電池電壓 保持為所設定的容許上限值以下的充電控制單元。在本發明的發電電源裝置中，設置有將反映了發電機的轉速的信號作為輸入而檢 測發電機的轉速的速度檢測部件，上述控制部件具備保護控制單元，進行以下這樣的保護 動作在由速度檢測部件檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使設置在控制 整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。將上述轉速的限制值設定為在對電池的充電不產生障礙的範圍內儘量低的轉速。 例如，在對處於正常狀態的電池進行充電的狀態下使發電機的轉速上升時，將電池的兩端 的電壓比超過容許上限值時的轉速電壓稍高的轉速設定為轉速的限制值。如果內燃機的轉速上升，磁鐵式交流發電機的輸出頻率過度上升，則在晶閘管的 陽極的電位相對於陰極的電位為負電位的期間無法使晶閘管的陽極電流成為保持電流以 下，只通過停止向晶閘管供給觸發信號，有可能無法使晶閘管換流。在只通過停止向晶閘管 供給觸發信號而無法使晶閘管換流的情況下，為了使晶閘管換流就需要設置特別的電路， 很麻煩。因此，理想的是將上述轉速的限制值設定為只通過停止向晶間管供給觸發信號就 能夠使晶閘管換流的轉速的上限以下的轉速。如上所述，如果構成為設置檢測發電機的轉速的速度檢測部件，在速度檢測部件 檢測出超過所設定的限制值的轉速時，使控制整流電路的全部晶閘管成為OFF狀態，使發 電機的輸出端子之間成為OPEN狀態，則能夠在內燃機的轉速上升而成為設定速度以上時 使控制整流電路的整流動作停止，使構成控制整流電路的全部整流元件不流過電流，因此， 能夠防止在內燃機的高速旋轉時在整流元件中流過大的電流，能夠減輕整流元件的負擔。 因此，能夠使用電流容量小的廉價的元件作為整流元件，能夠謀求發電電源裝置的成本降 低。另外，由於能夠抑制從整流元件的發熱，所以能夠謀求對整流元件安裝的散熱片的小型 化，能夠謀求發電電源裝置的小型輕量化。在本發明的理想的形式中，還設置有溫度檢測部件，直接或間接地檢測構成上述 控制整流電路的整流元件的溫度。該溫度檢測部件也可以構成為使溫度傳感器與構成控 制整流電路的多個整流元件中的任意一個熱結合，由該溫度傳感器直接檢測整流元件的溫 度，還可以構成為使溫度傳感器與安裝了構成控制整流電路的整流元件的電路基板熱接 合，由該溫度傳感器間接地檢測整流元件的溫度。在這樣設置溫度檢測部件的情況下，上述保護控制單元不只是進行以下這樣的保 護動作在由速度檢測部件檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使設置在控 制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態，還進 行以下這樣的保護動作在由溫度檢測部件檢測出的溫度在設定溫度以上時，使設置在控 制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。如上所述，如果構成為設置直接或者間接地檢測構成控制整流電路的整流元件的 溫度的溫度檢測部件，在整流元件的溫度為設定溫度以上時，使設置在控制整流電路中的 全部晶閘管為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態，則即使在內燃機的轉速 為限制值以下的狀態下，也能夠在整流元件的溫度上升到設定溫度以上時使晶閘管成為 OFF狀態，使流過控制整流電路的電流為0，因此能夠確實地謀求整流元件的保護。
在本發明的其他理想的形式中，代替上述溫度檢測部件，而設置有檢測流過構成 控制整流電路的整流元件的電流的電流檢測部件。在該情況下，保護控制單元不只是進行 以下這樣的保護動作在由速度檢測部件檢測出的發電機的轉速超過了限制值時，使設置 在控制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態， 還進行以下這樣的保護動作在由電流檢測部件檢測的電流的值超過了所設定的限制值 時，使設置在控制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為 OPEN狀態。
將上述電流的限制值設定為整流元件的額定電流值、或比額定電流值稍大的值。如上所述，如果構成為設置檢測流過構成控制整流電路的整流元件的電流的電流 檢測部件，在由電流檢測部件檢測的電流的值超過了所設定的限制值時，也使設置在控制 整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，則在流過整流元件的電流過大時，能夠使控制整 流電路的動作停止，由此能夠確實地謀求整流元件的保護。作為上述控制整流電路，可以使用以下這樣的電路構成橋電路的各上邊的整流 元件和構成橋電路的各下邊的整流元件中的一方由晶閘管構成，另一方由二極體構成，也 可以使用以下這樣的電路構成橋電路的各上邊的整流元件和構成橋電路的各下邊的整流 元件中的一方由晶閘管構成，另一方由MOSFET構成。另外，上述控制整流電路也可以是以下這樣的電路構成橋電路的各上邊的整流 元件和構成橋電路的各下邊的整流元件雙方都由晶閘管構成。在本發明的理想的形式中，對發電機的轉子的磁軛設置有磁阻，並且設置有分別 檢測該磁阻的旋轉方向的前端側邊沿和後端側邊沿而產生脈衝信號的脈衝發生器。在該情 況下，速度檢測部件可以構成為將脈衝發生器輸出的脈衝信號作為輸入，根據產生該脈衝 信號的周期，檢測發電機的轉速。速度檢測部件的結構並不只限於上述例子。例如，也可以構成為將在對內燃機進 行點火的點火裝置內與點火動作同步地產生的信號作為輸入，根據產生該信號的周期，檢 測上述發電機的轉速。作為在內燃機用點火裝置內與點火動作同步地產生的信號，可以使用為了確定點 火定時而向點火電路提供的點火信號、在點火動作時在點火線圈的一次線圈中感應出的電
壓等ο另外，速度檢測部件也可以構成為根據發電機的輸出電壓或輸出頻率，檢測發電 機的轉速。根據本發明，設置檢測發電機的轉速的速度檢測部件，在速度檢測部件檢測出超 過所設定的限制值的轉速時，使控制整流電路的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸 出端子之間成為OPEN狀態，因此，在內燃機的轉速上升而超過了限制值時，能夠停止控制 整流電路的整流動作，而成為在構成控制整流電路的全部整流元件中不流過電流的狀態。 因此，根據本發明，能夠減輕整流元件的負擔，使用電流容量小的廉價的元件作為整流元 件，能夠謀求降低發電電源裝置的成本。另外，根據本發明，能夠抑制從整流元件的發熱，因此，能夠謀求對整流元件安裝 的散熱片的小型化，能夠謀求發電電源裝置的小型輕量化。在本發明中，在構成為設置直接或間接地檢測構成控制整流電路的整流元件的溫度的溫度檢測部件，在整流元件的溫度超過了所設定的限制值時，使設置在控制整流電路中的全部晶閘管為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態的情況下，即使在發 電機的轉速為限制值以下的狀態下，也可以在整流元件的溫度上升時使晶閘管成為OFF狀 態，而謀求構成控制整流電路的整流元件的保護，因此能夠確實地謀求整流元件的保護。在本發明中，在構成為設置檢測流過構成控制整流電路的整流元件的電流的電流 檢測部件，在由電流檢測部件檢測的電流的值超過了所設定的限制值時，使設置在控制整 流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態的情況下，在流過整流元件的電流過大時，能夠停止 控制整流電路的動作，因此能夠謀求整流元件的保護。


圖1是表示本發明的發電電源裝置的實施例1的結構的電路圖。圖2是表示圖1的實施例的控制部件的具體結構例子的電路圖。圖3是表示本發明的發電電源裝置的實施例2的結構的電路圖。圖4是表示本發明的發電電源裝置的實施例3的結構的電路圖。圖5是表示本發明的發電電源裝置的實施例4的結構的電路圖。圖6是表示本發明的發電電源裝置的實施例5的結構的電路圖。圖7是表示本發明的發電電源裝置的實施例6的結構的電路圖。
具體實施例方式以下，參考附圖，詳細說明本發明的理想的實施例。圖1表示本發明的發電電源裝置的實施例1，在該圖中，1是由未圖示的內燃機驅 動的磁鐵式交流發電機，2是對發電機1的交流輸出進行整流而變換為直流輸出的控制整 流電路，3是由控制整流電路2的輸出充電的電池，4是檢測電池3的電壓的電壓檢測部件， 5是對晶閘管Thx Thz進行控制的控制部件，6是檢測發電機1的轉速的速度檢測部件，7 是直接或間接地檢測構成控制整流電路2的整流元件的溫度的溫度檢測部件。磁鐵式交流發電機1是公知的，具備被安裝在內燃機的曲柄軸上的磁鐵轉子 101 ；被固定在內燃機的機殼等上的定子102。磁鐵轉子101由在用鐵等鐵磁性材料形成為 杯狀的轉子磁軛103的內周上所固定的圓弧狀的永磁鐵104構成。在圖示的例子中，2個圓 弧狀的永磁鐵104被固定在轉子磁軛103的內周上，使這些永磁鐵的磁化方向不同而在直 徑方向上勵磁在磁軛103的內周構成2極的磁鐵磁場。通過將設置在杯狀的轉子磁軛103 的底壁部分的中央的凸起部(boss)配合固定在內燃機的曲柄軸上，而將磁鐵轉子101安裝 在內燃機上。另外，在本發明中，磁鐵磁場的極數是任意的，磁鐵轉子可以構成為使磁鐵磁場具 有4極以上的磁極。在構成4極以上的多極的磁鐵轉子的情況下，可以設置極的個數的永 磁鐵，由各永磁鐵構成1個磁極，也可以對1個永磁鐵設置多個勵磁區域，使相鄰的勵磁區 域的磁化方向不同而在直徑方向上勵磁，由此形成多極的磁極。例如，可以通過對圖1所示的2個永磁鐵104、104分別設置3個勵磁區域，並使各 勵磁區域在直徑方向上勵磁，從而構成6極的磁鐵磁場。磁鐵發電機的定子102由以下部分構成被配置在磁鐵轉子的內側的電樞鐵心(未圖示)； 卷裝在該電樞鐵心上而被卷線為具有規定的相數的線圈。在圖示的例子中，通過對卷裝在電樞鐵心上的線圈進行三相星形卷線，從而在定 子側構成U、V、W三相的電樞線圈Lu、Lv和Lw。在本實施例中，在轉子磁軛103的外周上形成由弧狀的突起構成的磁阻(感應元 件)105，在磁鐵轉子101的外側，配置有脈衝信號發生器106，該脈衝信號發生器106分別 檢測磁阻105的旋轉方向的前端側邊沿el和後端側邊沿e2，產生極性不同的脈衝信號。脈衝信號發生器106是公知的，例如具備在前端具有與磁阻105相對的磁極部分 的鐵心；與該鐵心磁耦合的永磁鐵；卷繞在鐵心上的信號線圈，該脈衝信號發生器106被定 位固定在內燃機的機殼等上，從而按照規定的定時檢測磁阻的邊沿，產生脈衝信號。脈衝信 號發生器106的信號線圈在鐵心的磁極部分開始與磁阻106相對時(檢測出磁阻的前端側 邊沿el時)、以及結束與磁阻的相對時(檢測出磁阻的後端側邊沿e2時)，與分別在鐵心 中產生的磁通的變化響應地，產生極性不同的脈衝信號Sl和S2。另外，也可以代替在轉子磁軛103的外周設置磁阻105，而安裝永磁鐵，並且構成 脈衝信號發生器106，使其檢測該永磁鐵而產生脈衝信號。控制整流電路2具備多個晶閘管，是具有通過該晶閘管的開關(0N/0FF)而對整流 輸出進行開關控制的功能的橋型整流電路，其構成為對從三相的電樞線圈Lu Lw輸出的 三相交流電壓進行全波整流。圖示的控制整流電路2由以下部分構成陰極被共通連接了的二極體Du、Dv和 Dw ；陽極被共通連接，並且陰極分別與二極體Du、Dv和Dw連接的晶閘管Thx、Thy和Thw。 在圖示的例子中，由晶閘管Thx與二極體Du的串聯電路、晶閘管Thy與二極體Dv的串聯電 路、以及晶閘管Thz與二極體Dw的串聯電路，分別構成由2個整流元件的串聯電路構成的 3個臂，通過將這3個臂並聯連接起來，而構成橋型的控制整流電路。在該控制整流電路中，二極體Du Dw分別構成三相橋電路的3個上邊，晶閘管 Thx Thz分別構成三相橋電路的3個下邊。在圖示的控制整流電路2中，二極體Du Dw各自的陽極與晶閘管Thx Thz各 自的陰極的連接點成為三相的交流輸入端子2u、2v和2w，二極體Du Dw的陰極的共通連 接點和晶閘管Thx Thz的陽極的共通連接點分別成為正側和負側的直流輸出端子2p和 2n。控制整流電路2的交流輸入端子2u 2w分別與磁鐵式交流發電機1的三相的輸 出端子(電樞線圈Lu Lw的非中性點側端子)連接。另外，控制整流電路2的直流輸出 端子2p和2η分別與電池3的正極端子和負極端子連接。控制整流電路2在向晶閘管Thx Thz的柵極提供了觸發信號時，陽極相對於陰 極成為正電位的晶閘管成為ON狀態，由此對發電機1的交流輸出進行整流，而向電池3提 供充電電流。 電壓檢測部件4是檢測電池電壓(電池3兩端的電壓)的部分，向控制部件5提 供包含電池電壓的信息的檢測信號。電壓檢測部件4產生的檢測信號可以是表示電池電壓 超過了設定值的檢測信號，也可以是表示各瞬時的電池電壓的信號。電池電壓的設定值是在對電池進行浮動充電時所容許的電池電壓的上限值，是比 電池的額定電壓稍高的電壓。在電池電壓的額定值是12V的情況下，電池電壓的設定值例如是14V。控制部件5是對控制整流電路2向晶閘管Thx Thz的柵極供給觸發信號進行控制的部分。在本實施例中，控制部件5具備對向晶閘管的觸發信號的供給進行控制，使得 由電壓檢測部件4檢測的電池電壓保持在設定值以下的充電控制單元；在發電機的轉速超 過了限制值時、以及控制整流電路的整流元件的溫度成為設定溫度以上時，進行保護控制 整流電路的整流元件的保護動作的保護控制單元。上述充電控制單元控制向晶閘管Thx Thz的觸發信號供給，使得在由電壓檢測 部件4檢測的電池電壓為設定值以下時，向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，使這些晶閘管 成為ON狀態，在電池電壓超過了設定值時，停止向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，使晶閘 管Thx Thz成為OFF狀態。在此，在電池的額定電壓是12V、設定值例如是14V的情況下，充電控制單元在電 池電壓為14V以下時，向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，在電池電壓超過了 14V時，停止 向晶閘管供給觸發信號。另外，為了防止晶閘管頻繁地重複通斷，有時也如下這樣地構成上述充電控制單 元在電池電壓低於第一設定值時，開始向晶閘管供給觸發信號，在電池電壓超過了被設定 為比第一設定值高的第二設定值時，停止向晶閘管供給觸發信號。在本實施例中，為了進行保護動作，即防止在發電機的轉速上升時在控制整流電 路的整流元件中流過過大的電流而對整流元件產生很大的負擔，而設置有速度檢測部件6， 該速度檢測部件6將反映了發電機1的轉速的信號作為輸入，而檢測發電機的轉速。在本實施例中使用的速度檢測部件6構成為根據脈衝信號發生器106產生的脈 衝信號Sl或S2的產生周期或頻率，檢測發電機的轉速。該速度檢測部件例如可以構成為 通過用計時器測量脈衝信號Sl或S2的產生周期，而取得包含發電機的轉速的信息的信號。 另外，也可以如下這樣構成速度檢測部件6 將脈衝信號輸入到泵電路(利用脈衝信號對按 照一定的時間常數使其放電的電容器進行充電的電路)等，將脈衝信號的頻率變換為電壓 信號，由此得到包含發電機的轉速的信息的信號。由速度檢測部件6檢測出的發電機的轉 速的信息被提供給控制部件6。在本實施例中，還設置有直接或間接地檢測構成控制整流電路的整流元件的溫度 的溫度檢測部件7，由該溫度檢測部件7檢測出的整流元件的溫度的信息被提供給控制部 件5。在此，「直接檢測」整流元件的溫度是指使溫度傳感器與構成控制整流電路的多 個整流元件中的至少一個整流元件(在預測出在多個整流元件的溫度之間產生差的情況 下，是被預測出溫度變高的整流元件)熱接合，得到具有整流元件的溫度的信息的檢測信號。另外，「間接檢測」整流元件的溫度是指使溫度傳感器與如安裝了整流元件的電 路基板或散熱片那樣反映了整流元件的溫度的部件熱結合，取得具有整流元件的溫度的信 息的檢測信號。在本實施例中，與充電控制單元一起設置在控制部件5中的保護控制單元構成為 進行以下的保護動作在由速度檢測部件5檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值 時，停止向被設置在控制整流電路2中的全部晶閘管Thx Thz供給觸發信號，使全部晶閘管Thx Thz成為OFF狀態，由此使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態；在由溫度檢測 部件7檢測的溫度是設定溫度以上時，使設置在控制整流電路2中的全部晶閘管Thx Thz 成為OFF狀態，使發電機1的輸出端子之間成為OPEN狀態。控制部件5可以使用微處理器構成，也可以使用模擬電路構成。如果參考圖2，則表示出由模擬電路構成的控制部件的具體結構例子。在圖2中， 發電機1的結構和控制整流電路2的結構與圖1所示的例子一樣。在圖2所示的例子中，將電阻器R1 R3的一端連接到晶閘管Thx Thz的柵極 上，在電阻器R1 R3的另一端上分別連接二極體D1 D3的陰極。二極體D1 D3的陽 極被共通連接，在其共通連接點上，連接有PNP電晶體TR1的集電極，該PNP電晶體TR1的 發射極被連接在控制整流電路的正側直流輸出端子2p上。另外，PNP電晶體TR2的發射極 和集電極被分別連接在電晶體TR1的發射極和基極上，在電晶體TR1的基極和控制整流電 路的負側直流輸出端子2n之間連接有電阻器R4。在該例子中，由電阻器R1 R4和二極體 D1 D3、電晶體TR1和TR2構成充電控制單元5A。另外，在控制整流電路2的正側直流輸出端子2p上連接有電阻器R5的一端，在電 阻器R5的另一端上通過電阻器R6連接有齊納二極體ZD1的陰極。齊納二極體ZD1的陽極 被連接在控制整流電路2的負側直流輸出端子2n上，在電阻器R5與R6的連接點上，連接 有電晶體TR2的基極。在該例子中，由電阻器R5、R6和齊納二極體ZD1構成電壓檢測部件 4。電壓檢測部件4在電池電壓超過了容許上限值時，齊納二極體ZD1成為ON狀態，在晶體 管TR2中流過基極電流(輸出表示電池電壓超過容許上限值的檢測信號)，該電晶體TR2成 為0N狀態。在控制整流電路2的正側直流輸出端子2p上還連接有PNP電晶體TR3的發射極， 電晶體TR3的集電極被連接在電晶體TR1的基極上。電晶體TR3的基極與NPN電晶體TR4 和TR5的集電極連接，該NPN電晶體TR4和TR5的發射極被共通連接在控制整流電路2的 負側直流輸出端子2n上。在該例子中，由電晶體TR3 TR5構成保護控制單元5B。電晶體TR4的基極被連接在速度檢測部件6的輸出端子上，電晶體TR5的基極被 連接在溫度檢測部件7的輸出端子上。速度檢測部件6構成為在檢測出發電機的轉速超過了限制值時，使電晶體TR4流 過基極電流，使該電晶體TR4成為0N狀態。溫度檢測部件7構成為根據與控制整流電路2的電路基板熱(傳導熱地)結合 了的溫度傳感器7a的輸出，檢測整流元件的溫度，在檢測出的溫度為設定溫度以上時，使 電晶體TR5流過基極電流，使該電晶體TR5成為0N狀態。圖2所示的發電電源裝置的動作如下。如果通過內燃機驅動發電機1的轉子101，則在發電機1的電樞線圈Lu Lw中感 應出三相交流電壓。在發電機的轉速為限制值以下時，速度檢測部件6在電晶體TR4中不 流過基極電流，因此，電晶體TR4為OFF狀態。另外，在構成控制整流電路2的整流元件的 溫度未滿設定溫度時，溫度檢測部件7在電晶體TR5中不流過基極電流，因此電晶體TR5為 OFF狀態。在發電機的轉速為限制值以下，並且構成控制整流電路2的整流元件的溫度未滿 設定溫度時，電晶體TR4和TR5雙方為OFF狀態，因此在電晶體TR3中不流過基極電流，晶 體管TR3為OFF狀態。這時，保護控制單元5B不進行保護動作。
在此，如果假設電池3的電壓是設定值以下，則在電晶體TR2中不流過基極電流， 因此，電流流過電晶體TR1的發射極和基極以及電阻器R4，電晶體TR1成為ON狀態。因此， 從控制整流電路2的正側直流輸出端子2p，通過電晶體TR1的發射極 集電極之間、二極 管D1 D3和電阻器R1 R3，向晶閘管Thx Thz的柵極提供觸發信號。在這樣向晶閘管 Thx Thz的柵極提供觸發信號時，在晶閘管Thx Thz中，陽極相對於陰極為正電位(在 陽極和陰極之間施加順方向電壓)的晶閘管成為ON狀態，對發電機1的輸出進行整流。發 電機1的整流輸出被供給電池3。如果繼續進行電池3的充電並且電池電壓超過設定值，則齊納二極體ZD成為ON 狀態，電晶體TR2成為ON狀態，該電晶體TR2使電晶體TR1的發射極 基極之間短路，因此 電晶體T1成為OFF狀態。由此，停止向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，因此，對於各晶閘 管，其陽極的電位相對於陰極的電位成為負電位，在陽極電流衰減到未滿保持電流的時刻， 各晶閘管成為OFF狀態。如果電池電壓降低到容許上限值以下，則齊納二極體ZD成為OFF 狀態，在電晶體TR2中不再流過基極電流，由此，電晶體TR2成為OFF狀態，電晶體TR1成為 OFF狀態。由此，再開始向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，各晶閘管在其陽極和陰極之間 被施加順方向電壓的期間成為0N狀態，向電池3供給充電電流。通過重複進行這些動作， 電池電壓保持在設定值以下。如果內燃機的轉速上升，發電機1的轉速超過限制值，速度檢測部件6在電晶體 TR4中流過基極電流，則電晶體TR4成為0N狀態，電晶體TR3中流過基極電流。由此，晶體 管TR3成為0N狀態，使電晶體TR1成為OFF狀態。這時，由於停止向晶閘管Thx Thz供 給觸發信號，對於各晶閘管，其陽極的電位相對於陰極的電位成為負電位，在陽極電流衰減 到未滿保持電流的時刻，各晶閘管成為OFF狀態，停止電池的充電。如果發電機的轉速降低到限制值以下，則停止向電晶體TR4供給基極電流，由此， 電晶體TR4成為OFF狀態。由此，電晶體TR3成為OFF狀態，電晶體TR1成為0N狀態，因此， 向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，再開始電池的充電。另外，如果控制整流電路2的整流元件的溫度為設定溫度以上，則溫度檢測部件7 在電晶體TR5中流過基極電流，因此，電晶體TR5成為0N狀態，在電晶體TR3中流過基極電 流。由此，電晶體TR3成為0N狀態，使電晶體TR1成為OFF狀態。如果電晶體TR1成為OFF 狀態，則停止向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，由此，各晶閘管成為OFF狀態，停止電池的 充電。如上所述，在圖2所示的發電電源裝置中，進行以下這樣的保護動作在由速度檢 測部件6檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值時，停止向設置在控制整流電路2 中的全部晶閘管Thx Thz供給觸發信號，使全部的晶閘管Thx Thz成為OFF狀態，由此， 使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態；在由溫度檢測部件7檢測的溫度是設定溫度以上 時，使設置在控制整流電路2中的全部晶閘管Thx Thz成為OFF狀態，使發電機1的輸出 端子之間成為OPEN狀態。如果這樣在發電機的轉速超過了限制值時和整流元件的溫度是設定溫度以上時， 停止電池的充電，則能夠減輕對構成控制整流電路的整流元件的負擔。如果減輕對構成控制整流電路的整流元件Du Dw和晶閘管Thx Thz的負擔， 則可以使用電流容量小的廉價的元件作為這些整流元件，由此，能夠降低發電電源裝置的成本。另外，如果如上述那樣構成，則能夠抑制從整流元件的發熱，由此，能夠謀求對整 流元件安裝的散熱片的小型化，能夠謀求發電電源裝置的小型輕量化。進而，如果如上述那樣構成，則即使在發電機1的轉速為限制值以下的狀態下，在 整流元件的溫度上升時，也使晶閘管成為OFF狀態，減輕對控制整流電路的整流元件的負 擔，由此，能夠確實地謀求整流元件的保護。在圖1和圖2所示的實施例中，由二極體構成控制整流電路2的橋電路的上邊，由 晶閘管構成下邊，但也可以由晶閘管構成橋電路的上邊，由二極體構成下邊。另外，還可以 由晶閘管構成橋電路的上邊和下邊雙方。在由晶閘管構成橋電路的上邊和下邊雙方的情況 下，構成控制部件5的充電控制單元，使得向上邊和下邊的晶間管雙方供給觸發信號。圖3表示了本發明的發電電源裝置的實施例2。在該實施例中，使用MOSFET Fu Fw作為控制整流電路2的橋電路的上邊的整流元件，使用晶閘管Thx Thz作為構成橋電 路的下邊的整流元件。晶閘管Thx Thz的陽極被共通連接在控制整流電路的負側直流輸 出端子2n上，晶閘管Thx Thz的陰極分別與MOSFET Fu Fw的源極連接。MOSFET Fu Fw的漏極被共通連接在控制整流電路的正側直流輸出端子上，由晶閘管Thx Thz、形成在 MOSFET Fu、Fv和Fw各自的漏極 源極之間的寄生二極體DoiuDov和Dow，構成全波整流電 路。在該例子中，晶閘管Thx、Thv和Thz的柵極與控制部件5的觸發信號輸出端子連接，並 且MOSFET Fu Fw的柵極與控制部件5的控制信號輸出端子連接。圖3所示的實施例的控制部件5不只是在對電池3進行充電時向晶閘管Thx Thz 供給觸發信號，還通過向MOSFET Fu Fw中的、寄生二極體被施加了順方向電壓的MOSFET 的柵極提供控制信號，使該MOSFET成為ON狀態，來使控制整流電路2進行整流動作。另外， 控制部件5在停止電池的充電時，停止向晶閘管Thx Thz供給觸發信號，同時只在為了使 晶閘管Thx Thz切斷所需要的極短的時間內同時向MOSFET Fu Fw提供控制信號，從而 同時使MOSFETFu Fw成為0N狀態，使發電機1的輸出端子之間短路。圖3所示的實施例 的其他結構與圖1所示的實施例一樣。如果如上所述，在對電池進行充電時，向寄生二極體被施加了順方向電壓的 MOSFET的柵極提供控制信號，使該MOSFET成為0N狀態，則在對電池進行充電時，能夠減少 在控制整流電路中產生的損失。另外，如果如上所述，在停止充電時，同時使MOSFET Fu Fw成為ON狀態，使發電 機1的輸出端子之間短路，則能夠在短時間內進行晶閘管Thx Thz的切斷。另外，即使在 發電機的轉速高，發電機的輸出頻率高的情況下，也能夠確實地進行晶閘管的切斷，所以與 圖1的實施例相比，能夠將發電機1的轉速的限制值設定得高。在圖3的實施例中，也可以調換晶閘管和MOSFET的位置。S卩，可以由晶閘管構成 控制整流電路的橋電路的上邊，由MOSFET構成橋電路的下邊。圖4表示了本發明的實施例3，在該實施例中，構成為磁鐵式交流發電機1具有單 相的電樞線圈L。在圖4所示的實施例(實施例3)中，對於發電機1以外的部分的結構，除 了控制整流電路採取單相橋全波整流電路的結構、以及控制部件5隻對2個晶閘管Thx和 Thy進行控制以外，其他與圖1所示的實施例一樣。在本發明中，磁鐵式交流發電機1的相數是任意的，在磁鐵式交流發電機具有比3相更多相的電樞線圈的情況下，也能夠適用本發明。圖5表示了本發明的實施例4，在本實施例中，代替圖1所示的實施例的溫度檢測 部件7，而設置有檢測在構成控制整流電路2的整流元件中流過的電流的電流檢測部件8。 電流檢測部件8由變流器等構成，從控制整流電路2向控制部件5供給與供給電池3的電 流成正比的電壓信號。在該情況下，設置在控制部件5中的保護控制單元構成為進行以下這樣的保護動 作在由速度檢測部件6檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值時，停止向設置在 控制整流電路2中的全部晶閘管Thx Thz供給觸發信號，使這些晶閘管成為OFF狀態，由 此使發電機1的輸出端子之間成為OPEN狀態；在由電流檢測部件檢測的電流的值超過了所 設定的限制值時，停止向控制整流電路2的全部晶閘管Thx Thz供給觸發信號，使這些晶 閘管成為OFF狀態，由此使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。圖5的實施例的其他結 構與圖1所示的實施例一樣。圖6表示了本發明的實施例5。在該實施例中，速度檢測部件6將在對驅動磁鐵式 交流發電機1的內燃機9進行點火的點火裝置10內與點火動作同步地產生的信號作為輸 入，根據產生該信號的周期或頻率，檢測發電機的轉速。點火裝置10由以下部分構成點火線圈；對點火線圈的一次電流進行控制，使得 在供給了點火信號時使點火線圈的一次電流產生急劇變化的點火電路；在針對內燃機的 轉速等控制條件決定的點火定時，向點火電路供給點火信號的點火時期控制部件。在這種 點火裝置中，通過在向點火電路提供了點火信號時產生的點火線圈的一次電流的變化，而 在該點火線圈的二次線圈中產生高電壓，將該高電壓施加到安裝在內燃機的氣筒上的火花 塞，由此進行點火動作。圖示的點火裝置10構成為根據從脈衝信號發生器106產生的脈衝信號得到的內 燃機的旋轉角度信息，決定內燃機的點火定時，在決定的點火定時下向點火電路提供點火 信號，由此，使引擎進行點火動作。作為在點火裝置10內與點火動作同步地產生的信號，可以使用為了確定點火定 時而向點火電路提供的點火信號，或在點火動作時在點火線圈的一次線圈中感應出的電壓 等。圖6所示的實施例的其他結構與圖1所示的實施例1一樣。圖7表示了本發明的實施例6，在該例子中，速度檢測部件6構成為根據發電機1 的輸出電壓或輸出頻率，檢測發電機1的轉速。由於發電機1的輸出電壓與發電機的轉速 的變化對應地變化，所以可以根據發電機1的輸出電壓來檢測發電機的轉速。另外，由於發 電機的輸出頻率與發電機1的轉速成正比，所以可以根據發電機1的輸出頻率來檢測發電 機的轉速。圖7的實施例的其他結構與圖1所示的實施例一樣。在圖1 圖5所示的實施例中，速度檢測部件6也可以與圖6所示的實施例一樣。另外，速度檢測部件6檢測發電機的轉速的方法是任意的，例如在設置有顯示引 擎的轉速的轉速表的情況下，可以通過根據驅動轉速表的電信號來檢測出引擎的轉速，從 而檢測出發電機的轉速。在圖1、圖2、圖3、圖4和圖6所示的實施例中，保護控制單元進行以下這樣的保護 動作在由速度檢測部件6檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使設置在控 制整流電路2中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態；在由溫度檢測部件7檢測出的溫度在設定溫度以上時，使設置在控制整流電路2中的全部晶 閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態，但也可以只進行前者的保護 動作，即在發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使控制整流電路的全部晶閘管成為OFF 狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。 同樣，在圖5所示的實施例中，也可以省略基於充電電流的檢測值的保護動作，而 只進行以下的保護動作，即在發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使控制整流電路的 全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。
權利要求
一種發電電源裝置，具備由內燃機驅動的磁鐵式交流發電機；橋型的控制整流電路，其中構成橋電路的各上邊的整流元件和構成橋電路的各下邊的整流元件的至少一方由晶閘管構成，在交流輸入端子之間被施加上述磁鐵式交流發電機的輸出，在直流輸出端子之間連接有電池；檢測上述電池電壓的電壓檢測部件；控制部件，該控制部件具備對向上述晶閘管的觸發信號的供給進行控制，使得由上述電壓檢測部件檢測的電池電壓保持為所設定的容許上限值以下的充電控制單元，其特徵在於上述發電電源裝置包括將反映了上述發電機的轉速的信號作為輸入而檢測發電機的轉速的速度檢測部件，其中上述控制部件還具備保護控制單元，進行以下這樣的保護動作在由上述速度檢測部件檢測出的上述發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使設置在上述控制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使上述發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。
2.根據權利要求1所述的發電電源裝置，其特徵在於還設置有溫度檢測部件，直接或間接地檢測構成上述控制整流電路的整流元件的溫 度，其中上述保護控制單元還進行以下這樣的保護動作在由上述溫度檢測部件檢測出的溫度 在設定溫度以上時，使設置在上述控制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使上述發 電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。
3.根據權利要求1所述的發電電源裝置，其特徵在於還設置有檢測流過構成控制整流電路的整流元件的電流的電流檢測部件，其中上述保護控制單元還進行以下這樣的保護動作在由上述電流檢測部件檢測的電流的 值超過了所設定的限制值時，使設置在上述控制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態， 使上述發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。
4.根據權利要求1、2或3所述的發電電源裝置，其特徵在於構成上述控制整流電路的橋電路的各上邊的整流元件和構成該橋電路的各下邊的整 流元件中的一方由晶閘管構成，另一方由二極體構成。
5.根據權利要求1、2或3所述的發電電源裝置，其特徵在於構成上述控制整流電路的橋電路的各上邊的整流元件和構成該橋電路的各下邊的整 流元件中的一方由晶閘管構成，另一方由MOSFET構成。
6.根據權利要求1、2或3所述的發電電源裝置，其特徵在於構成上述控制整流電路的橋電路的各上邊的整流元件和構成該橋電路的各下邊的整 流元件的雙方由晶閘管構成。
7.根據權利要求1、2、3、4、5或6所述的發電電源裝置，其特徵在於對上述發電機的轉子的磁軛設置有磁阻，並且設置有分別檢測該磁阻的旋轉方向的前 端側邊沿和後端側邊沿而產生脈衝信號的脈衝發生器，其中上述速度檢測部件將上述脈衝發生器輸出的脈衝信號作為輸入，根據該脈衝信號的產 生周期或頻率，檢測發電機的轉速。
8.根據權利要求1、2、3、4、5、6或7所述的發電電源裝置，其特徵在於上述速度檢測部件構成為將在對上述內燃機進行點火的點火裝置內與點火動作同步 地產生的信號作為輸入，根據該信號的產生周期或頻率，檢測上述發電機的轉速。
9.根據權利要求1、2、3、4、5、6、7或8所述的發電電源裝置，其特徵在於 上述速度檢測部件根據上述發電機的輸出電壓或輸出頻率，檢測上述發電機的轉速。
全文摘要
本發明提供一種發電電源裝置，能夠使用電流容量小的元件作為對交流發電機的輸出進行整流的整流元件，而謀求成本的降低和裝置的小型化。該發電電源裝置具備由內燃機驅動的磁鐵式交流發電機；控制部件，其中該控制部件具備對發電機的輸出進行整流並供給電池的橋型的控制整流電路；對向晶閘管的觸發信號的供給進行控制，使得電池電壓保持為所設定的範圍內的充電控制單元，該發電電源裝置設置有檢測發電機的轉速的速度檢測部件，在控制部件中設置有保護控制單元，在由速度檢測部件檢測出的發電機的轉速超過了所設定的限制值時，使設置在控制整流電路中的全部晶閘管成為OFF狀態，使發電機的輸出端子之間成為OPEN狀態。
文檔編號H02J7/24GK101807810SQ20091000434
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月12日 優先權日2009年2月12日
發明者南條廣敏, 孔召銀, 張紅亮, 木邨賢司, 湯川秀樹 申請人:國產電機株式會社;廊坊科森電器有限公司