JP3230829B2 - 車両用交流発電機と整流器 - Google Patents
車両用交流発電機と整流器Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は自動車等の車両用交流発
電機とそれに使用される整流器に係り、特に、過電圧抑
制とラジオノイズを低減するのに好適な車両用交流発電
機と整流器に関する。
電機とそれに使用される整流器に係り、特に、過電圧抑
制とラジオノイズを低減するのに好適な車両用交流発電
機と整流器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気負荷として車両に搭載される
電子機器の種類や数は増大する一方である。これに伴
い、これらの電子機器の誤動作を避けるために、車両の
エンジンで駆動される交流発電機が過電圧を発生しない
ようにする必要がある。
電子機器の種類や数は増大する一方である。これに伴
い、これらの電子機器の誤動作を避けるために、車両の
エンジンで駆動される交流発電機が過電圧を発生しない
ようにする必要がある。
【０００３】そこで、従来の車両用交流発電機は、電圧
制御装置の過電圧に対する保護を図るために、例えば特
公昭５４−５０８３号公報に記載されている様に、比較
的低電圧で電圧降伏するツェナーダイオードを整流素子
として採用するようになってきている。
制御装置の過電圧に対する保護を図るために、例えば特
公昭５４−５０８３号公報に記載されている様に、比較
的低電圧で電圧降伏するツェナーダイオードを整流素子
として採用するようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のツェナーダイオ
ードを整流素子として使用する場合、過電圧抑制は図る
ことができても、ツェナーダイオードの転流時に発生す
るサージがラジオノイズになってしてうという別の問題
が発生し、従来はこの問題について配慮がなされていな
い。
ードを整流素子として使用する場合、過電圧抑制は図る
ことができても、ツェナーダイオードの転流時に発生す
るサージがラジオノイズになってしてうという別の問題
が発生し、従来はこの問題について配慮がなされていな
い。
【０００５】本発明の目的は、過電圧抑制を図る一方、
ラジオノイズも抑制した車両用交流発電機と整流器を提
供することにある。
ラジオノイズも抑制した車両用交流発電機と整流器を提
供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的は、整流装置の
整流素子のうちの少なくとも１個を、その接合部がＰ型
シリコンを用いた拡散型メサ構造のものを使用すること
で、達成される。
整流素子のうちの少なくとも１個を、その接合部がＰ型
シリコンを用いた拡散型メサ構造のものを使用すること
で、達成される。
【０００７】
【作用】上記構造のツェナーダイオードは、逆方向サー
ジ耐量を比較的大きくとれ、逆回復時間も短くすること
ができ、過電圧抑制とラジオノイズ低減の両方が可能と
なる。また、順方向電圧降下も比較的小さくでき、本来
の整流時のロスも小さくすることができる。
ジ耐量を比較的大きくとれ、逆回復時間も短くすること
ができ、過電圧抑制とラジオノイズ低減の両方が可能と
なる。また、順方向電圧降下も比較的小さくでき、本来
の整流時のロスも小さくすることができる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図２は、車両用交流発電機の断面図である。エ
ンジンの回転動力が図示しないベルトを介してプーリ３
０に伝達され、ベアリング３２に回転自在に支承された
軸３１が回転される。この軸３１と一体に回転するロー
タ３６にはロータコイル１１が取り付けられており、ス
テータ側の励磁巻線１０の発する界磁とロータコイル１
１とが鎖交することで、ロータコイル１１には交流が発
生する。
明する。図２は、車両用交流発電機の断面図である。エ
ンジンの回転動力が図示しないベルトを介してプーリ３
０に伝達され、ベアリング３２に回転自在に支承された
軸３１が回転される。この軸３１と一体に回転するロー
タ３６にはロータコイル１１が取り付けられており、ス
テータ側の励磁巻線１０の発する界磁とロータコイル１
１とが鎖交することで、ロータコイル１１には交流が発
生する。
【０００９】図３は、図２に示す車両用交流発電機の電
気回路図である。１が三相交流発電機で、Ｙ接続された
三相交流発電機の電機子巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗが
前記のロータコイル１１となる。本実施例では、この電
機子巻線１１と、励磁巻線と、ツェナーダイオード１
２，１３，１４，１５，１６，１７と、電機子巻線の中
性点１１ｎより出力に接続されるツェナーダイオード１
８，１９とにより、三相全波整流装置が構成される。
気回路図である。１が三相交流発電機で、Ｙ接続された
三相交流発電機の電機子巻線１１ｕ，１１ｖ，１１ｗが
前記のロータコイル１１となる。本実施例では、この電
機子巻線１１と、励磁巻線と、ツェナーダイオード１
２，１３，１４，１５，１６，１７と、電機子巻線の中
性点１１ｎより出力に接続されるツェナーダイオード１
８，１９とにより、三相全波整流装置が構成される。
【００１０】２は半導体式電圧制御装置で、励磁巻線１
０の励磁電流を制御するパワートランジスタ２１と、充
電表示灯３を制御するパワートランジスタ２２と、パワ
ートランジスタ２１，２２を制御してバッテリ５の電圧
及び充電表示灯３を制御する制御回路２３と、フライホ
イールダイオード２４により構成される。この半導体式
電圧制御装置２は、図２に示す様に、交流発電機のハウ
ジング内に設けられる。図３に示す符号４はキースイッ
チを示し、６，６’は複数の電気負荷を示し、７，７’
は複数の負荷スイッチを示している。
０の励磁電流を制御するパワートランジスタ２１と、充
電表示灯３を制御するパワートランジスタ２２と、パワ
ートランジスタ２１，２２を制御してバッテリ５の電圧
及び充電表示灯３を制御する制御回路２３と、フライホ
イールダイオード２４により構成される。この半導体式
電圧制御装置２は、図２に示す様に、交流発電機のハウ
ジング内に設けられる。図３に示す符号４はキースイッ
チを示し、６，６’は複数の電気負荷を示し、７，７’
は複数の負荷スイッチを示している。
【００１１】図３に示すツェナーダイオード１２〜１９
は、図４，図５に示す半月状の冷却板３５に取り付けら
れ（図４が表側，図５が裏側）、この冷却板は３５は、
図２に示す交流発電機のハウジング内に装着されてい
る。ロータ３６の両側には冷却ファン３３が取り付けら
れており、冷却ファン３３の回転により生じる冷却風が
冷却板３５を冷却し、ツェナーダイオード１２〜１９の
放熱を図っている。ロータコイル１１とツェナーダイオ
ード１２〜１９との接続は、スリップリング３４で成さ
れる。尚、図４，図５の３７，３８は接続端子である。
は、図４，図５に示す半月状の冷却板３５に取り付けら
れ（図４が表側，図５が裏側）、この冷却板は３５は、
図２に示す交流発電機のハウジング内に装着されてい
る。ロータ３６の両側には冷却ファン３３が取り付けら
れており、冷却ファン３３の回転により生じる冷却風が
冷却板３５を冷却し、ツェナーダイオード１２〜１９の
放熱を図っている。ロータコイル１１とツェナーダイオ
ード１２〜１９との接続は、スリップリング３４で成さ
れる。尚、図４，図５の３７，３８は接続端子である。
【００１２】以上の回路構成において、一部の負荷６と
バッテリ５等の接続が遮断された場合、電圧制御装置２
は、励磁巻線１０流す励磁電流を絞るようにトランジス
タ２１をＯＦＦする。しかし、ダイオード２４を介して
短時間のあいだ励磁巻線１０に電流が流れ続くため、出
力電圧Ｖｂは過渡的に急上昇する。ここで、全波整流装
置に使用される整流素子がツェナーダイオードであれ
ば、ツェナー電圧でクランプされ、半導体電圧制御装置
２やその他の電気負荷にサージ電圧が印加されるのが防
止される。
バッテリ５等の接続が遮断された場合、電圧制御装置２
は、励磁巻線１０流す励磁電流を絞るようにトランジス
タ２１をＯＦＦする。しかし、ダイオード２４を介して
短時間のあいだ励磁巻線１０に電流が流れ続くため、出
力電圧Ｖｂは過渡的に急上昇する。ここで、全波整流装
置に使用される整流素子がツェナーダイオードであれ
ば、ツェナー電圧でクランプされ、半導体電圧制御装置
２やその他の電気負荷にサージ電圧が印加されるのが防
止される。
【００１３】しかし、従来の様に、ツェナーダイオード
の転流の逆回復時間（整流素子に、波高値が素子定格に
相当する電流で、整流素子の許容周波数範囲内の正弦波
の電流を印加した時に、逆方向に流れる電流が減衰する
までの時間。この時間を逆回復時間と定義する。）が長
いと、転流サージが大きく、ラジオ等に与えるノイズレ
ベルが高いという欠点がある。
の転流の逆回復時間（整流素子に、波高値が素子定格に
相当する電流で、整流素子の許容周波数範囲内の正弦波
の電流を印加した時に、逆方向に流れる電流が減衰する
までの時間。この時間を逆回復時間と定義する。）が長
いと、転流サージが大きく、ラジオ等に与えるノイズレ
ベルが高いという欠点がある。
【００１４】そこで、本実施例では、図３に示すツェナ
ーダイオード１２〜１７のうちの少なくとも１つ（どれ
でもよい）のツェナーダイオードを、その逆回復時間が
短いものを使用する。これにより、点じサージが小さく
なり、ノイズレベルが小さくなる。尚、好適には、ツェ
ナーダイオード１２〜１９の全部を逆回復時間が短いも
のを用いる。
ーダイオード１２〜１７のうちの少なくとも１つ（どれ
でもよい）のツェナーダイオードを、その逆回復時間が
短いものを使用する。これにより、点じサージが小さく
なり、ノイズレベルが小さくなる。尚、好適には、ツェ
ナーダイオード１２〜１９の全部を逆回復時間が短いも
のを用いる。
【００１５】図６，図７は、従来のこの種の交流発電機
に用いていた整流素子と、本実施例で用いる整流素子の
特性比較図である。図６に示す様に、従来の整流素子
は、Ｎ型シリコンを用いたメサ型の耐圧１４０Ｖ以上の
ものを用いるのが通例である。これに対し、本実施例で
は、逆方向サージに対し耐圧が約３０Ｖに抑制されたツ
ェナーダイオードを用いる。これにより、図７に示す様
に、従来のツェナーダイオードの逆回復時間τに対し本
実施例のツェナーダイオードの逆回復時間τは短くな
り、逆方向に流れる電流量はずっと小さくなる。
に用いていた整流素子と、本実施例で用いる整流素子の
特性比較図である。図６に示す様に、従来の整流素子
は、Ｎ型シリコンを用いたメサ型の耐圧１４０Ｖ以上の
ものを用いるのが通例である。これに対し、本実施例で
は、逆方向サージに対し耐圧が約３０Ｖに抑制されたツ
ェナーダイオードを用いる。これにより、図７に示す様
に、従来のツェナーダイオードの逆回復時間τに対し本
実施例のツェナーダイオードの逆回復時間τは短くな
り、逆方向に流れる電流量はずっと小さくなる。
【００１６】図１は、本実施例で用いたのツェナーダイ
オードの構造を図１，図８により説明する。図１（ａ）
において、整流素子は、図１（ｂ）に拡大断面図を示す
チップ５０を備え、そのＮ＋側を半田５１によりリード
５３に接続し、他方のＰ＋側を半田５２によりディスク
５４に接続し、ディスク５４は半田５５により金属ケー
ス５６に接続している。チップ５０は、Ｐ型シリコンを
ベースとして、両サイドからＮ＋とＰ＋を拡散したメサ
構造となつており、図２に示すように、シリコン等によ
るシール材５７を充填してパッシベーションを行なって
いる。
オードの構造を図１，図８により説明する。図１（ａ）
において、整流素子は、図１（ｂ）に拡大断面図を示す
チップ５０を備え、そのＮ＋側を半田５１によりリード
５３に接続し、他方のＰ＋側を半田５２によりディスク
５４に接続し、ディスク５４は半田５５により金属ケー
ス５６に接続している。チップ５０は、Ｐ型シリコンを
ベースとして、両サイドからＮ＋とＰ＋を拡散したメサ
構造となつており、図２に示すように、シリコン等によ
るシール材５７を充填してパッシベーションを行なって
いる。
【００１７】ツェナー素子として、接合部分を、拡散
型，エピタキシャル型，ライフタイムキラーの有無，パ
ッシベーション構造としてメサ型とプレーナー型につい
て、図８に、順方向電圧降下，逆回復時間，逆方向サー
ジ破壊耐量，コストを評価した結果を示す。総合的に判
断して、ＰＮ接合は拡散型でメサ構造がもっともコスト
パフォーマンスが優れている。また、ベースにＰ型シリ
コンを用いることにより、重金属等のライフタイムキラ
ーを用いなくとも、逆回復時間を比較的早くすることが
でき、メサ型の構造でもパッシベーションが容易とな
る。さらに、逆方向サージ破壊耐量も向上することがで
きる。
型，エピタキシャル型，ライフタイムキラーの有無，パ
ッシベーション構造としてメサ型とプレーナー型につい
て、図８に、順方向電圧降下，逆回復時間，逆方向サー
ジ破壊耐量，コストを評価した結果を示す。総合的に判
断して、ＰＮ接合は拡散型でメサ構造がもっともコスト
パフォーマンスが優れている。また、ベースにＰ型シリ
コンを用いることにより、重金属等のライフタイムキラ
ーを用いなくとも、逆回復時間を比較的早くすることが
でき、メサ型の構造でもパッシベーションが容易とな
る。さらに、逆方向サージ破壊耐量も向上することがで
きる。
【００１８】
【発明の効果】本発明によれば、車両用交流発電機の整
流装置の整流素子をツェナーダイオード化すると共に、
過電圧抑制とラジオノイズ低減の両方が可能になるとい
う効果がある。
流装置の整流素子をツェナーダイオード化すると共に、
過電圧抑制とラジオノイズ低減の両方が可能になるとい
う効果がある。
【図１】本発明の一実施例に係る整流器に用いるツェナ
ーダイオードの断面図である。
ーダイオードの断面図である。
【図２】車両用交流発電機の断面図である。
【図３】図２に示す交流発電機の電機回路図である。
【図４】図２に示すツェナーダイオード取付用の冷却板
の正面図である。
の正面図である。
【図５】図４に示す冷却板の背面図である。
【図６】従来と本発明実施例の夫々のツェナーダイオー
ドのサージ波形の特性比較図である。
ドのサージ波形の特性比較図である。
【図７】従来と本発明実施例の夫々のツェナーダイオー
ドの電流特性比較図である。
ドの電流特性比較図である。
【図８】ツェナーダイオードの各構造の特性比較図であ
る。
る。
１…発電機、２…半導体式電圧制御装置、１０…励磁巻
線、１１…電機子巻線、１２〜１９…ツェナーダイオー
ド、３…充電表示灯、４…キースイッチ、５…バッテ
リ、６，６’…電気負荷、７，７’…負荷スイッチ。
線、１１…電機子巻線、１２〜１９…ツェナーダイオー
ド、３…充電表示灯、４…キースイッチ、５…バッテ
リ、６，６’…電気負荷、７，７’…負荷スイッチ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前田 裕司 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 成田 一豊 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式 会社 日立製作所 日立工場内 (56)参考文献 特開 昭48−104470（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−53265（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02K 19/36 H02K 11/02 H02K 19/28
Claims (11)
- 【請求項１】 交流発電機の交流出力を直流に変換する
整流装置と前記交流発電機の出力電圧を制御する半導体
式電圧制御装置を有する車両用交流発電機において、前
記整流装置の整流素子の少なくとも一つが、逆方向に降
伏特性を持っており、接合部分がＰ型シリコンを用いた
拡散型でメサ構造で成る整流素子であることを特徴とす
る車両用交流発電機。 - 【請求項２】 交流発電機の交流出力を直流に変換する
整流装置と前記交流発電機の出力電圧を制御する半導体
式電圧制御装置を有する車両用交流発電機において、前
記整流装置の整流素子の全部を、逆方向に降伏特性を持
っており、接合部分がＰ型シリコンを用いた拡散型でメ
サ構造で成る整流素子としたことを特徴とする車両用交
流発電機。 - 【請求項３】 エンジンの回転駆動力にて回転される電
機子巻線に誘起される交流を直流に変換するツェナーダ
イオードを備える車両用交流発電機において、前記ツェ
ナーダイオードとして、ＰＮ接合部がＰ型シリコンを用
いた拡散型で且つパッシベーション構造がメサ型のもの
を用いたことを特徴とする車両用交流発電機。 - 【請求項４】 エンジンの回転駆動力にて回転される電
機子巻線に誘起される交流を直流に変換するツェナーダ
イオードを備える車両用交流発電機において、前記ツェ
ナーダイオードの少なくとも１素子の構造を、ＰＮ接合
がＰ型シリコンを用いた拡散型で且つパッシベーション
構造をメサ構造として、ライフタイムキラーを用いずに
逆回復時間を短くしたものを用いたことを特徴とする車
両用交流発電機。 - 【請求項５】 請求項４において、前記の構造に加え更
にライフタイムキラーを有するツェナーダイオードを用
いたことを特徴とする車両用交流発電機。 - 【請求項６】 車両に搭載される交流発電機のハウジン
グ内に装着され、交流出力を直流に変換するブリッジ接
続された複数の整流素子でなる整流器において、複数の
整流素子の全部が、逆方向に降伏特性を持っており接合
部がＰ型シリコンを用いた拡散型でメサ構造のものであ
ることを特徴とする整流器。 - 【請求項７】 車両に搭載される交流発電機のハウジン
グ内に装着され、交流出力を直流に変換するブリッジ接
続された複数の整流素子でなる整流器において、複数の
整流素子の少なくとも１つが、逆方向に降伏特性を持っ
ており接合部がＰ型シリコンを用いた拡散型でメサ構造
のものであることを特徴とする整流器。 - 【請求項８】 請求項６または請求項７において、交流
発電機のロータと共に回転するファンにて冷却される放
熱板に取り付けられていることを特徴とする整流器。 - 【請求項９】 エンジンの回転動力にて回転されるＹ接
続された電機子巻線に誘起される交流を直流に変換する
ブリッジ接続された６つのツェナーダイオードと、前記
電機子巻線の中性点と出力との間に接続された２つのツ
ェナーダイオードとを備える車両用交流発電機におい
て、前記８つのツェナーダイオードの全てを、Ｐ型シリ
コンを用いた拡散型で接合部を構成しパッシベーション
構造をメサ構造としたことを特徴とする車両用交流発電
機。 - 【請求項１０】 エンジンの回転動力にて回転されるＹ
接続された電機子巻線に誘起される交流を直流に変換す
るブリッジ接続された６つのツェナーダイオードと、前
記電機子巻線の中性点と出力との間に接続された２つの
ツェナーダイオードとを備える車両用交流発電機におい
て、前記６つのツェナーダイオードのうちの少なくとも
１つを、Ｐ型シリコンを用いた拡散型で接合部を構成し
パッシベーション構造をメサ構造としたことを特徴とす
る車両用交流発電機。 - 【請求項１１】 請求項９または請求項１０の車両用交
流発電機のハウジング内に装着され、前記８つのツェナ
ーダイオードを放熱板に搭載してなることを特徴とする
整流器。
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