JP4412839B2 - Motor generator - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転電機である電動発電機に関し、一層詳細には、たとえば内燃機関のスターターとオルタネーターとを兼用することの可能な電動発電機に関する。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関であるエンジンを有する車両用の電動発電機では、最初に、直流電源としてバッテリが電動発電機に接続され、該電動発電機が電動機として動作し前記エンジンが始動する。すなわち、電動発電機はスターターとして動作する。
【0003】
そして、エンジンが始動された後、電動発電機は発電機として動作され、前記バッテリの充電および(または)電装品への電気の供給を行う。すなわち、電動発電機はオルタネータとして動作する。
【0004】
図6は、従来技術にかかる電動発電機システム2の概略的な構成を示している。
【0005】
この電動発電機システム2は、基本的には、電動発電機4と、この電動発電機4にリレー接点6を介して接続されるバッテリ8とから構成されている。リレー接点6は、スプリングにより自動復帰する自動復帰接点を有するイグニッションスイッチ10に直列に接続されているリレーコイル12を通じて駆動される(開閉制御される)。
【0006】
電動発電機4は、整流子14間にコイル16がΔ配線されたステータ18と、電動発電機4が電動機として動作するときに、接触して直流電源を供給するブラシ20とコイル励磁用永久磁石(図示していない)が配されるロータ22とを有している。なお、ロータ22の軸は、図示していないエンジンのクランクシャフトに係合している。
【0007】
電動発電機4は、電動機としての動作時にブラシ20と整流子14間での火花の発生を防止する転流用ダイオード24と、モータコイル(単に、コイルともいう。)16に発生する電圧を誘起する発電コイル(単に、コイルともいう。)26と、この発電コイル26に発生する電圧を整流してバッテリ8の充電用の整流出力電圧を発生する各2個のサイリスタ27、ダイオード28から構成される単相全波整流ブリッジ回路30と、充電用の過電圧発生時にサイリスタ27のゲートを遮断状態としてバッテリ8等を保護する制御回路29を有している。
【0008】
なお、単相全波整流ブリッジ回路30とバッテリ8との間には、過電流保護用のヒューズ32が挿入されている。
【0009】
このように構成される電動発電機システム2は、エンジンの非動作時において、ユーザによりイグニッションスイッチ10が操作されて閉状態とされている間、リレー接点6が閉状態となり、バッテリ8から電動発電機4に対して直流電源が供給される。これにより、電動発電機4は、ロータ22が回転し電動機として動作する。
【0010】
電動機として動作しているときにロータ22に係合するクランクシャフトを介して、いわゆるクランキングがなされエンジンが点火して始動されると、ユーザは、イグニッションスイッチ10の操作を終了する。これにより、イグニッションスイッチ10が開状態となり、リレー接点6が開状態となる。
【0011】
一方、このエンジンの動作状態においてクランクシャフトを介してロータ22が回転されると、いわゆるガバナ機構によりクランキング回転数とアイドリング回転数との間で整流子14とブラシ20とが切り離され非接触状態に至る。
【0012】
そして、永久磁石を有するロータ22が回転しているとき、コイル16に電圧が誘起し、さらに発電コイル26に交流電圧が誘起する。発電コイル26に誘起した交流電圧は、単相全波整流ブリッジ回路30により直流整流出力電圧とされ、バッテリ8の充電用、および図示していない電装品に供給される。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記のように、従来技術に係る電動発電機4は、電動機用のモータコイル16と火花防止用の転流用ダイオード24から構成される電動機部分と、発電用の発電コイル26と単相全波整流ブリッジ回路30からなる発電機部分とから構成されており、電動発電機4の構成部品が多いことからコストが高くなり、かつ装置自体が大型化するという課題がある。
【0014】
この発明は、上述した課題を考慮してなされたものであって、簡単な構成であり、低コスト化が可能で、かつ装置全体の小型化を可能とする電動発電機を提供することを目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】
この発明は、ステータ側には整流子間にコイルが配され、ロータ側には永久磁石が配されるとともに、前記整流子と接触するブラシが配されたブラシ付き電動発電機において、
始動時に、直流電源により前記電動発電機が電動機として動作するときに、前記整流子と前記コイルに接続されて前記コイルに蓄積された磁気エネルギーを転流する転流手段を備え、
始動後に、前記電動発電機が発電機として動作するときには、前記転流手段が、前記コイルに誘起する交流電圧の整流手段として使用される接続とし、
前記電動機用および前記発電機用として、前記コイルおよび前記転流手段を共用することを特徴とする(請求項1記載の発明)。
【0016】
この発明によれば、電動機動作時におけるコイル(モータコイル)および転流手段を、それぞれ発電機動作時における発電コイルおよび整流手段として共用するようにしているので、構成を簡単にでき低コスト化が図られる。また、装置全体としても小型化を達成することができる。
【0017】
この場合、前記コイルに誘起する交流電圧の前記整流手段による整流出力電圧を検知する電圧検知回路と、入力側が前記電圧検知回路の出力側に接続され、出力側が前記整流手段に接続されるトリガ回路とを備えることにより、直流電源への過電圧印加を防止することができる(請求項2記載の発明)。なお、直流電源がバッテリであるとき、そのバッテリへの過電圧を原因とする過充電を防止することができる。
【0018】
そして、前記トリガ回路は、前記電圧検知回路により検知される整流出力電圧が所定電圧以下の値である場合には、前記整流手段を導通可能な状態とし、前記整流出力電圧が前記所定電圧を超える値である場合には、前記整流手段を遮断状態とするように構成することができる(請求項3記載の発明)。このため、電圧検知回路とトリガ回路とによりバッテリ電圧を前記所定電圧に定電圧制御することが可能となる。
【0019】
また、前記コイルが三相結線とされ、前記整流手段が前記コイルと前記直流電源との間で三相ブリッジ接続構成とされているとき、前記三相ブリッジ接続構成とされている直流電源の+端子側に接続されている前記整流手段をサイリスタとし、前記直流電源の−端子側に接続されている前記整流手段をダイオードまたはサイリスタとすることで、簡単な構成で整流作用、過電圧保護作用および定電圧制御作用を達成することができる(請求項4記載の発明)。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施の形態につき、添付の図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に参照する図面において、上記図6に示したものと対応するものには同一の符号を付ける。
【0021】
図1は、この発明の一実施の形態が適用された電動発電機システム50の模式的な構成を示している。この電動発電機システム50は、たとえば内燃機関であるエンジンを有するスクーター等の二輪車や、四輪乗用車に組み込まれて使用に供される。
【0022】
図2は、図1に示した制御回路52の詳細な電気回路構成を含む電動発電機システム50の構成を示している。制御回路52は、後に詳細に説明する電圧検知回路100と比較回路102とトリガ回路104とから構成されている。
【0023】
図1および図2に示す電動発電機システム50は、基本的には、電動発電機54と、この電動発電機54にリレー接点6を介して接続される直流電源であるバッテリ8とから構成されている。バッテリ8の端子間電圧の公称電圧値は12[V]である。このバッテリ8が満充電されたときの端子間電圧の値は、14.5[V]に設定している。
【0024】
リレー接点6は、スプリングにより自動復帰する自動復帰接点を有するイグニッションスイッチ10に直列に接続されているリレーコイル12を通じて駆動される(開閉制御される)。実際上、イグニッションスイッチ10は、自動復帰接点を有するイグニッションスイッチ10と、ラジオやランプ等の電装品に電源を供給するアクセサリースイッチ11とから構成されている。なお、四輪乗用車等では、構造上、アクセサリースイッチ11が閉状態になっているときにのみ、イグニッションスイッチ10をオンオフ操作できるように構成されている。
【0025】
電動発電機54は、整流子14間にコイル16が三相のΔ配線されたステータ18と、電動発電機54が電動機として動作するときに、接触して直流電源を供給するブラシ20とコイル励磁用永久磁石(図示していない)とが配されるロータ22とを有している。なお、ロータ22の軸は、図示していないエンジンのクランクシャフトに係合している。
【0026】
電動発電機54は、さらに、電動機としての駆動時において、ブラシ20と整流子14間での火花の発生を防止する火花防止用ダイオードとして機能するとともに、発電機としての動作時にコイル16に誘起する交流電圧を整流してバッテリ8の充電用の整流出力電圧を発生する整流手段として機能する三相ブリッジ接続構成の転流手段110と、この転流手段110に接続されバッテリ8への充電時の過電圧を監視して保護する制御回路52とを有している。
【0027】
ここで転流手段110は、電動発電機54が電動機として動作するときには、火花防止用転流手段として機能し、発電機として動作するときには、整流手段として機能する共用構成とされている。
【0028】
転流手段110は、それぞれサイリスタ112とダイオード114とが順方向に直列接続された回路が、3回路並列接続された構成とされ、ダイオード114のアノード側の共通接続点はバッテリ8の負極、この場合アースに接続されている。また、サイリスタ112のカソード側の共通接続点は、制御回路52に接続されるとともに、過電流保護用のヒューズ32およびアクセサリースイッチ11を介してバッテリ8の正極に接続されている。また、各サイリスタ112のアノードとダイオード114の接続点は、それぞれ整流子14に接続されている。サイリスタ112のゲートは、制御回路52に接続されている。ここで、ダイオード114は、サイリスタに代替することが可能である。
【0029】
制御回路52は、図2に示すように、転流手段110が整流手段として動作しているときに、コイル16に誘起する交流電圧の該転流手段110による三相全波整流出力等の電圧Vaの値を検知する電圧検知回路100と、この電圧検知回路100の出力により整流手段として動作している転流手段110の導通、非導通(遮断)を制御するトリガ回路104とを備えている。
【0030】
電圧検知回路100は、可変抵抗器122と定電圧ダイオード124と抵抗器126よりなる分圧回路とされ、整流出力電圧Vaの分圧電圧Vbの値をトリガ回路104に出力する。ここで、可変抵抗器122を調整することにより、分圧比を変えることができる。換言すれば、可変抵抗器122を調整することにより、バッテリ8の種類や回路全体のばらつきを吸収する分圧電圧Vbに設定することができる。
【0031】
また、電圧検知回路100は、三相全波整流出力電圧としての電圧Vaを検出するばかりではなく、バッテリ8の端子間電圧を検出する。直接的には、バッテリ8の端子間電圧を電圧Va(分圧電圧Vb)として検出する。
【0032】
分圧電圧Vbは、トリガ回路104を構成するNPNトランジスタ128のベースに接続され、電圧Va(分圧電圧Vb)が、所定の過電圧以上の値になっていない場合には、このトランジスタ128は、オフ状態に設計されている。
【0033】
なお、以下の説明において、整流出力電圧Vaが過電圧になっていない状態を通常状態といい、過電圧になっている状態を過電圧状態という。
【0034】
制御回路52では、電圧Vaに比例した分圧電圧Vbが、Vb>Vbe(トランジスタ128のベースエミッタ順方向電圧)となったとき、トランジスタ128がオフ状態からオン状態にされるように設計されている。
【0035】
トランジスタ128のコレクタとエミッタ間には、定電圧ダイオード160が接続され、この定電圧ダイオード160のカソードに抵抗器130、ダイオード162、および抵抗器132が直列に順次接続されている。なお、定電圧ダイオード160は、その定電圧値が16〜20[V]に設定され、発電電圧がこの電圧値を超えた場合、後述するようにPNPトランジスタ168をオフ状態とし、結果としてバッテリ8を過電圧から保護するように動作する。
【0036】
抵抗器132には、3個のダイオード150、152、154のカソード共通接続点と、抵抗器134、136の一端が接続されている。
【0037】
3個のダイオード150、152、154のアノードは、それぞれ、各組のサイリスタ112とダイオード114の共通接続点に接続されている。
【0038】
抵抗器134の他端はダイオード164のアノードに接続され、このダイオード164のカソードは、通常状態ではオン状態となっているPNPトランジスタ168のベースに接続されている。
【0039】
抵抗器136の他端はトランジスタ168のエミッタに接続されている。
【0040】
抵抗器130とダイオード162のカソード間に、通常状態ではオフ状態となっているPNPトランジスタ166のベースが接続され、このPNPトランジスタ166のコレクタは、抵抗器172を通じて接地されるとともに、トランジスタ168のベースおよびダイオード164のカソードに接続されている。
【0041】
トランジスタ168のコレクタは、ダイオード170のアノードに接続され、ダイオード170のカソードは、抵抗器140aと142a、抵抗器140bと142bおよび抵抗器140cと142cの各分圧回路を介して整流出力電圧Vaの検出点に接続されている。抵抗器140aと142a、抵抗器140bと142bおよび抵抗器140cと142cの各分圧回路の分圧点は、それぞれサイリスタ112のゲートに接続されている。
【0042】
ここで、トランジスタ128のコレクタに現れる電圧を電圧Vc、トランジスタ166のベースに現れる電圧を電圧Vd、ダイオード150、152、154のカソード共通接続点に現れる電圧をVe、トランジスタ168のベースに現れる電圧を電圧Vfと称する。
【0043】
この実施の形態に係る電動発電機システム50は、以上のように構成されるものであり、次にその動作についてさらに詳しく説明する。
【0044】
図示していないエンジンの非動作時において、アクセサリースイッチ11およびイグニッションスイッチ10は、ともに開状態(オフ状態)とされている。イグニッションスイッチ10が開状態とされているときに、リレー接点6も開状態となっている。
【0045】
ドライバ等のユーザが、エンジンを始動しようとするとき、まず、アクセサリースイッチ11が開状態から閉状態に操作される。このとき電圧Vaは、整流出力電圧ではなく、この整流出力電圧値より電圧値の低いバッテリ8の端子間電圧値とされる。この状態において、電圧検知回路100の分圧電圧Vbは、比較回路102のトランジスタ128の基準電圧であるベースエミッタ順方向電圧Vbeより低い電圧(Vb<Vbe)となるように設計されているので、トランジスタ128はオフ状態とされている。
【0046】
また、ロータ22が回転していないので、コイル16には誘起電圧が発生していない。このため、ダイオード150、152、154はオフ状態とされ、ダイオード170がオフ状態とされるのでサイリスタ112もオフ状態とされ、結局、バッテリ8から電流が供給される定電圧ダイオード124を除く全ての能動素子がオフ状態になっている。
【0047】
次に、アクセサリースイッチ11が閉じられている状態において、ユーザによりイグニッションスイッチ10が操作される。上述したようにイグニッションスイッチ10は、自己復帰型のスイッチであり操作する手を離さない状態でのみ図示していないスプリングの圧縮力に対抗して閉状態とされている。
【0048】
イグニッションスイッチ10が閉状態とされたとき、バッテリ8からイグニッションスイッチ10を通じてリレーコイル12に励磁電流が流れ、リレー接点6が閉状態とされる。
【0049】
これにより、バッテリ8の直流電源が、リレー接点6を通じて電動発電機54のブラシ20間に供給され、電動発電機54は、ロータ22が回転し電動機として動作する。電動機として動作しているとき、ロータ22に係合されているエンジンのクランクシャフトが回転を開始してクランキングが行われる。クランキングによるクランクシャフトの回転により、エンジンのピストンが往復動を開始し、内燃機関としての動作が開始し、エンジンが始動する。
【0050】
なお、ロータ22が回転し、電動発電機54が電動機として動作しているとき、ロータ22に取り付けられているブラシ20とステータ18の整流子14とが断続的に接続される。
【0051】
このとき、コイル16に三相の交流電圧が発生し、発生した交流電圧によりダイオード150、152、154が順次導通状態とされ、ダイオード150、152、154の共通カソード点の電圧Veは、常時、略ピーク電圧とされる。
【0052】
このとき、抵抗器134を通じてダイオード164が、常時、導通とされ、トランジスタ168がオン状態とされる。これにより、ダイオード170が導通状態とされることで、サイリスタ112のゲートがハイレベルとされ、サイリスタ112が導通可能な状態とされる。
【0053】
実際上、この電動発電機54は、電動機として動作されたとき、コイル16に発生した誘起電圧により、ただちにサイリスタ112が順次導通状態とされ(ダイオード114はそれぞれオフ状態)、電圧Vaが整流出力電圧とされる。
【0054】
ブラシ20が隣の整流子14に移るとき、いわゆる転流するとき、正極側のブラシ20(図1、図2中、上側のブラシ)から、逆起電力が発生しているコイル16に接続された整流子14に対して火花電流が流れようとし、かつ火花が発生しようとするが、サイリスタ112が導通可能な状態となっているので、例として図3の矢印経路Aに示すように、転流しようとしているコイル16から整流子14、サイリスタ112、ヒューズ32、アクセサリースイッチ11、リレー接点6、および正極側のブラシ20の経路で電流(火花を発生させようとする電流)が流れる。
【0055】
この場合、正極側のブラシ20と整流子14との間の電圧がサイリスタ112の導通時の端子間電圧である0.5[V]程度に保持されるので、実際上、転流時に正極側のブラシ20と整流子14との間で火花が発生することがない。
【0056】
これと同時に、接地されている負極のブラシ20と整流子14との間でコイル16の逆起電力に基づく火花が発生しようとするが、図3の矢印経路Bに示すように、転流しようとしているコイル16から整流子14、負極側のブラシ20、ダイオード114、整流子14の経路で電流(火花を発生させようとする電流)が流れる。
【0057】
この場合にも、負極側のブラシ20と整流子14との間の電圧がダイオード114の順方向電圧である0.5[V]程度に保持されるので、実際に、転流時に、負極側のブラシ20と整流子14との間で火花が発生することがない。
【0058】
ロータ22が回転を開始して、エンジンが始動され所定回転数となったとき、ロータ22の回転に係る遠心力を利用して、ロータ22のブラシ20と整流子14との接続が後述するガバナ機構により開状態とされる。以降、ブラシ20と整流子14とは接続されることがなくロータ22は、エンジンにより回転され、電動発電機54は、発電機として動作する。
【0059】
四輪乗用車の走行中等、電動発電機54が発電機として動作しているとき、換言すれば、エンジンが作動していて永久磁石を有するロータ22が回転しているとき、コイル16に電圧が誘起する。コイル16に誘起した交流電圧は、三相全波整流ブリッジ回路となっている転流手段110により直流整流出力としての電圧Vaとされ、バッテリ8の充電用、および図示していない電装品に供給される。
【0060】
充電時において、この整流出力値としての電圧Vaの分圧電圧Vbが電圧検知回路100により常時検知される。
【0061】
この実施の形態において、電圧Vaがバッテリ8の過電圧となるVa=+14.5[V]となったとき、分圧電圧Vbがトランジスタ128のベースエミッタ順方向電圧Vbe=0.7[V]を超える値(Vb>Vbe)となるように設計されている。
【0062】
分圧電圧VbがVb>Vbeとなったとき、トランジスタ128は、オフ状態からオン状態(飽和状態)になる。このとき、抵抗器132とダイオード162に電流が流れ、トランジスタ166がオフ状態からオン状態とされ、抵抗器134およびダイオード164に電流が流れなくなることから、トランジスタ168およびダイオード170がオフ状態とされる。
【0063】
これによりサイリスタ112のゲート電圧は電圧Vaとされ、サイリスタ112がオフ状態とされることで、バッテリ8が発電機を構成するサイリスタ112から切り離される。そして、電圧Vaの値がバッテリ8の電圧値になる。
【0064】
バッテリ電圧Vaの変動に対応し電圧検知回路100を通じてトリガ回路104が、サイリスタ112をオンオフ制御することにより、バッテリVaの端子電圧が所定の一定電圧に定電圧制御される。
【0065】
なお、発電電圧が、たとえば16[V]以上に上昇した場合には、定電圧ダイオード160が定電圧状態となり、この場合にも、トランジスタ166がオン状態となるので、トランジスタ168はオフ状態とされ、結果としてサイリスタ112がオフ状態とされる。
【0066】
このため、バッテリ8へ過電圧が印加されることなく、バッテリ8が保護される。すなわち、バッテリ8への過電圧の供給(印加)が未然に防止される。
【0067】
図4、図5は、上述したように構成され、かつ動作する電動発電機54の機械的構成の一部省略断面を表す模式図であり、図4は、電動機としての状態を示し、図5は、発電機としての状態を示している。なお、図4、図5において、上述した、図6、図1〜図3に示したものと対応するものには同一の符号を付け、その詳細な説明は省略する。
【0068】
図4および図5に示すように、電動発電機54は、基本的には、整流子14間にコイル16が配されるステータ18と、コイル16の励磁用の永久磁石204が配されるとともに、電動機としての動作時に整流子14と接触するブラシ20が配されたロータ22とを備えている。なお、コイル16は、理解の便宜上、2つのみ描いているが、実際上は3個存在する(図1または図2参照)。また、ブラシ20は、それぞれロータ22内でスリップリング15に接続され、始動時(電動機としての動作時)には、バッテリ8からの電圧が、端子226、227およびスリップリング15、15を介してブラシ20に供給される。
【0069】
ロータ22は、同時に回転する第1回転部22aとこれに係合する第2回転部22bとから構成されている。第2回転部22bは、第1回転部22aに対し、スライド機構208を介して矢印P方向(発電機としての動作時)あるいは矢印Q方向(電動機としての動作時あるいは停止時)に移動可能に構成されている。
【0070】
第2回転部22bのスライド機構208は、ばね210、連結ピン214、円盤212およびウエイトローラ206とから構成され、いわゆるガバナ機構を構成している。
【0071】
第1回転部22aには、図示していないエンジンのクランクシャフト202が固定されるとともに、永久磁石204が固定されている。第2回転部22bには、ブラシ20およびスリップリング15が埋め込まれている。
【0072】
一方、ステータ18は、モールド部材80を有し、このモールド部材80にコア222と整流子14の保持部材が固定されている。上述したように、コア222には、コイル16が巻かれている。
【0073】
そして、バッテリ8の正端子が、アクセサリースイッチ11およびヒューズ32を介して図1に示した制御回路52と三相全波整流ブリッジ回路を含む電気回路224に接続されるとともに、リレー接点6を通じて端子226に接続されている。バッテリ8の負端子は、電気回路224および端子227に接続される。
【0074】
バッテリ8の正端子と負端子間には、イグニッションスイッチ10とリレーコイル12の直列回路が接続されている。
【0075】
そして、図4に示すように、エンジンの停止時あるいは始動時において、ウエイトローラ206が軸心側にあるときには、スライド機構208は、ばね210の圧縮力により第2回転部22bを矢印Q方向端にスライドさせ、ブラシ20に対して整流子14、端子226、227が電気的に接続状態とされる。この状態において、バッテリ8から電源が供給されたとき、電動発電機54は、電動機として動作し、ロータ22が、矢印方向に回転し、クランクシャフト202を介してクランキングされエンジンが始動される。
【0076】
また、ロータ22が回転することによりウエイトローラ206が、遠心力により図5に示す矢印方向に移動することで、スライド機構208の連結ピン204を介し、第2回転部22bが、ばね210の圧縮力より強い力で矢印P方向にスライドされる。この結果、ブラシ20と整流子14およびスリップリング15と端子226、227の接続が分離され、以降、電動発電機54は、発電機として動作し、バッテリ8への充電が開始される。
【0077】
上述したように、この実施の形態によれば、ステータ18側には整流子14間にコイル16が配され、ロータ22側には前記コイル励磁用の永久磁石204が配されるとともに、整流子14と接触するブラシ20が配されたブラシ付き電動発電機54において、始動時に、直流電源であるバッテリ8により電動発電機54が電動機として動作するときに、整流子14とコイル16に接続されて該コイル16に蓄積された磁気エネルギーを転流する火花防止用の転流手段110としてのサイリスタ112とダイオード114とを備え、始動後に、電動発電機54が、少なくともバッテリ8を充電する発電機として動作するときには、転流手段110が、コイル16に誘起する交流電圧の整流手段として使用される接続とし、電動機用および発電機用として、コイル16および転流手段110を共用するように構成している。
【0078】
このため、図6を参照して説明した従来技術に係る電動発電機システム2とは異なり、単独の発電コイル26が不要となり、かつ火花防止回路と整流回路とを共用することができるので、大型の電力用ダイオード24、28の個数を減らすことが可能となり、電動発電機54の構成を簡単にできる。したがって、低コスト化が図られる。また、装置全体としても小型化を達成することができる。なお、制御回路52は、比較的に低消費電力回路であり、集積回路1個で簡単に構成することができる。
【0079】
この場合、コイル16に誘起する交流電圧の整流手段として機能している転流手段110による整流出力電圧Vaを検知する電圧検知回路100と、入力側が電圧検知回路100の出力側に接続され、出力側が転流手段110に接続されるトリガ回路104とを備えることにより、バッテリ8への過電圧印加を防止することができる。
【0080】
そして、トリガ回路104は、電圧検知回路100により検知される整流出力電圧Vaが、所定電圧(ここでは、上述したように14.5[V])以下の値である場合には、転流手段110を導通可能な状態とし、整流出力電圧Vaが、所定電圧を超える値である場合には、転流手段110を遮断状態とするように構成しているので、電圧検知回路100とトリガ回路104とによりバッテリ電圧Vaを所定電圧に定電圧制御することが可能となる。
【0081】
この実施の形態においては、コイル16が三相結線とされ、転流手段110がコイル16とバッテリ8との間で三相ブリッジ接続構成とされているとき、三相ブリッジ接続構成とされているバッテリ8の+端子側に接続されている整流手段をサイリスタ112とし、バッテリ8の−端子側に接続されている整流手段をダイオード114またはサイリスタとすることで、簡単な構成で整流作用、定電圧制御作用および過電圧保護作用を達成している。
【0082】
なお、この発明は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく種々の構成を採りうることができる。
【0083】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、電動機動作時におけるコイル(モータコイル)および転流手段を、それぞれ発電機動作時における発電コイルおよび整流手段として共用するようにしているので、構成を簡単にでき低コスト化が図られる。また、装置全体としても小型化を達成することができる。また、部品点数の減少に基づく高信頼化を同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施の形態が適用された電動発電機システムの構成図である。
【図2】制御回路の構成を詳細に描いた図1例の電動発電機システムの詳細回路図である。
【図3】火花を防止する転流手段の説明図である。
【図4】この発明の一実施の形態が適用された電動発電機が電動機として動作時(始動時)の機械的構成の一部省略縦断面を示す模式図である。
【図5】この発明の一実施の形態が適用された電動発電機が発電機として動作時(充電時)の機械的構成の一部省略縦断面を示す模式図である。
【図6】従来技術に係る電動発電機システムの構成図である。
【符号の説明】
6…リレー接点 8…バッテリ
10…イグニッションスイッチ 11…アクセサリースイッチ
12…リレーコイル 14…整流子
16…コイル 18…ステータ
20…ブラシ 22…ロータ
22a…第1回転部 22b…第2回転部
50…電動発電機システム 52…制御回路
54…電動発電機 100…電圧検知回路
102…比較回路 104…トリガ回路
110…転流手段 112…サイリスタ
114…ダイオード 122…可変抵抗器
202…クランクシャフト 204…永久磁石
206…ウエイトローラ 208…スライド機構
210…ばね 224…電気回路
226、227…端子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motor generator that is a rotating electrical machine, and more particularly to a motor generator that can be used, for example, as a starter and an alternator of an internal combustion engine.
[0002]
[Prior art]
In a motor generator for a vehicle having an engine which is an internal combustion engine, first, a battery is connected as a DC power source to the motor generator, the motor generator operates as an electric motor, and the engine is started. That is, the motor generator operates as a starter.
[0003]
After the engine is started, the motor generator is operated as a generator to charge the battery and / or supply electricity to the electrical components. That is, the motor generator operates as an alternator.
[0004]
FIG. 6 shows a schematic configuration of the
[0005]
The
[0006]
The motor generator 4 includes a
[0007]
The motor generator 4 induces a voltage generated in a
[0008]
An
[0009]
In the
[0010]
When the engine is ignited and started through a crankshaft engaged with the
[0011]
On the other hand, when the
[0012]
When the
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, as described above, the motor generator 4 according to the prior art includes a motor portion composed of a
[0014]
The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and has an object to provide a motor generator that has a simple configuration, can be reduced in cost, and can reduce the size of the entire apparatus. And
[0015]
[Means for Solving the Problems]
This invention is a motor generator with a brush in which a coil is disposed between commutators on the stator side, a permanent magnet is disposed on the rotor side, and a brush that is in contact with the commutator is disposed.
Commutation means connected to the commutator and the coil and commutating the magnetic energy stored in the coil when the motor generator is operated as a motor by a DC power source at the time of starting;
After starting, when the motor generator operates as a generator, the commutation means is a connection used as a rectification means for AC voltage induced in the coil,
The coil and the commutation means are commonly used for the electric motor and the generator (the invention according to claim 1).
[0016]
According to the present invention, the coil (motor coil) and the commutation means at the time of the motor operation are shared as the power generation coil and the rectification means at the time of the generator operation, respectively, so that the configuration can be simplified and the cost can be reduced. Figured. In addition, the entire apparatus can be reduced in size.
[0017]
In this case, a voltage detection circuit for detecting the rectified output voltage of the AC voltage induced in the coil by the rectifier, and a trigger circuit in which the input side is connected to the output side of the voltage detection circuit and the output side is connected to the rectifier The overvoltage application to the DC power supply can be prevented (invention of claim 2). When the DC power source is a battery, it is possible to prevent overcharging caused by overvoltage to the battery.
[0018]
When the rectified output voltage detected by the voltage detection circuit has a value equal to or lower than a predetermined voltage, the trigger circuit sets the rectifying means in a conductive state, and the rectified output voltage exceeds the predetermined voltage. When the value is a value, the rectifying means can be configured to be in a cut-off state (the invention according to claim 3). For this reason, the battery voltage can be controlled at a constant voltage to the predetermined voltage by the voltage detection circuit and the trigger circuit.
[0019]
In addition, when the coil has a three-phase connection and the rectifying means has a three-phase bridge connection configuration between the coil and the DC power source, the DC power source having the three-phase bridge connection configuration The rectifier connected to the terminal side is a thyristor, and the rectifier connected to the negative terminal of the DC power supply is a diode or thyristor. The voltage control action can be achieved (the invention according to claim 4).
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings to be referred to below, the same reference numerals are given to those corresponding to those shown in FIG.
[0021]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
[0022]
FIG. 2 shows a configuration of the
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
The
[0026]
Furthermore, the
[0027]
Here, the commutation means 110 has a common configuration that functions as a spark prevention commutation means when the
[0028]
The commutation means 110 is configured such that a circuit in which a
[0029]
As shown in FIG. 2, when the commutation means 110 is operating as a rectification means, the
[0030]
The
[0031]
Further, the
[0032]
The divided voltage Vb is connected to the base of the
[0033]
In the following description, a state where the rectified output voltage Va is not overvoltage is referred to as a normal state, and a state where the rectified output voltage Va is overvoltage is referred to as an overvoltage state.
[0034]
The
[0035]
A
[0036]
The
[0037]
The anodes of the three
[0038]
The other end of the
[0039]
The other end of
[0040]
The base of the
[0041]
The collector of the
[0042]
Here, the voltage appearing at the collector of the
[0043]
The
[0044]
When the engine (not shown) is not operating, both the
[0045]
When a user such as a driver tries to start the engine, first, the
[0046]
Further, since the
[0047]
Next, in a state where the
[0048]
When the
[0049]
As a result, the DC power of the
[0050]
When the
[0051]
At this time, a three-phase AC voltage is generated in the
[0052]
At this time, the
[0053]
In practice, when the
[0054]
When the
[0055]
In this case, since the voltage between the
[0056]
At the same time, a spark based on the counter electromotive force of the
[0057]
Also in this case, the voltage between the
[0058]
When the
[0059]
When the
[0060]
At the time of charging, the
[0061]
In this embodiment, when the voltage Va becomes Va = + 14.5 [V], which is an overvoltage of the
[0062]
When the divided voltage Vb satisfies Vb> Vbe, the
[0063]
Thereby, the gate voltage of the
[0064]
The
[0065]
Note that when the generated voltage rises to, for example, 16 [V] or more, the
[0066]
For this reason, the
[0067]
4 and 5 are schematic views showing a partially omitted cross section of the mechanical configuration of the
[0068]
As shown in FIGS. 4 and 5, the
[0069]
The
[0070]
The
[0071]
An engine crankshaft 202 (not shown) and a
[0072]
On the other hand, the
[0073]
The positive terminal of the
[0074]
Between the positive terminal and the negative terminal of the
[0075]
As shown in FIG. 4, when the
[0076]
Further, when the
[0077]
As described above, according to this embodiment, the
[0078]
For this reason, unlike the
[0079]
In this case, the
[0080]
Then, when the rectified output voltage Va detected by the
[0081]
In this embodiment, when the
[0082]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
[0083]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the coil (motor coil) and the commutation means during operation of the electric motor are shared as the power generation coil and rectification means during operation of the generator, respectively. The cost can be reduced. In addition, the entire apparatus can be reduced in size. Further, high reliability based on the reduction in the number of parts can be realized at the same time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a motor generator system to which an embodiment of the present invention is applied.
FIG. 2 is a detailed circuit diagram of the motor generator system of FIG. 1 illustrating the configuration of a control circuit in detail.
FIG. 3 is an explanatory diagram of commutation means for preventing sparks.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a partially omitted vertical section of a mechanical configuration when the motor generator to which the embodiment of the present invention is applied operates as a motor (starting).
FIG. 5 is a schematic diagram showing a partially omitted vertical section of a mechanical configuration when the motor generator to which the embodiment of the present invention is applied operates as a generator (during charging).
FIG. 6 is a configuration diagram of a motor generator system according to the prior art.
[Explanation of symbols]
6 ...
10 ...
12 ...
16 ...
20 ...
22a ...
50 ...
54 ...
102: Comparison circuit 104: Trigger circuit
110: Commutation means 112 ... Thyristor
114 ...
202 ...
206 ...
210 ... spring 224 ... electric circuit
226, 227 ... terminals
Claims (4)
始動時に、直流電源により前記電動発電機が電動機として動作するときに、前記整流子と前記コイルに接続されて前記コイルに蓄積された磁気エネルギーを転流する転流手段を備え、
始動後に、前記電動発電機が発電機として動作するときには、前記転流手段が、前記コイルに誘起する交流電圧の整流手段として使用される接続とし、
前記電動機用および前記発電機用として、前記コイルおよび前記転流手段を共用する
ことを特徴とする電動発電機。On the stator side, a coil is disposed between the commutators, a permanent magnet is disposed on the rotor side, and a brushed motor generator in which a brush that contacts the commutator is disposed,
Commutation means connected to the commutator and the coil and commutating the magnetic energy stored in the coil when the motor generator is operated as a motor by a DC power source at the time of starting;
After starting, when the motor generator operates as a generator, the commutation means is a connection used as a rectification means for AC voltage induced in the coil,
The motor generator, wherein the coil and the commutation means are shared for the motor and the generator.
前記コイルに誘起する交流電圧の前記整流手段による整流出力電圧を検知する電圧検知回路と、
入力側が前記電圧検知回路の出力側に接続され、出力側が前記整流手段に接続されるトリガ回路とを備える
ことを特徴とする電動発電機。The motor generator according to claim 1,
A voltage detection circuit for detecting a rectified output voltage by the rectifier of the alternating voltage induced in the coil;
A motor generator comprising: a trigger circuit having an input side connected to an output side of the voltage detection circuit and an output side connected to the rectifying means.
前記トリガ回路は、
前記電圧検知回路により検知される整流出力電圧が所定電圧以下の値である場合には、前記整流手段を導通可能な状態として前記整流出力電圧が前記直流電源に印加されるようにし、
前記整流出力電圧が前記所定電圧を超える値である場合には、前記整流手段を遮断状態とする
ことを特徴とする電動発電機。The motor generator according to claim 2,
The trigger circuit is
When the rectified output voltage detected by the voltage detection circuit is a value equal to or less than a predetermined voltage, the rectified output voltage is applied to the DC power source in a state where the rectifying means can be conducted,
When the rectified output voltage is a value exceeding the predetermined voltage, the rectifier is turned off.
前記コイルが三相結線とされ、前記整流手段が前記コイルと前記直流電源との間で三相ブリッジ接続構成とされているとき、
前記三相ブリッジ接続構成とされている直流電源の+端子側に接続されている前記整流手段をサイリスタとし、前記直流電源の−端子側に接続されている前記整流手段をダイオードまたはサイリスタとする
ことを特徴とする電動発電機。The motor generator according to any one of claims 1 to 3,
When the coil is a three-phase connection, and the rectifying means has a three-phase bridge connection configuration between the coil and the DC power supply,
The rectifier connected to the + terminal side of the DC power supply having the three-phase bridge connection configuration is a thyristor, and the rectifier connected to the − terminal side of the DC power supply is a diode or thyristor. A motor generator characterized by
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