JPS6154949B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、始動電動機と充電発電機を一体化し
た機関始動充電装置に関する。

従来の機関始動充電装置としては、たとえば第
１図に示すようなもの（特公昭41―5962，実開昭
54―124830）がある。同図において、１は始動兼
充電装置本体で、２はその回転界磁極、３は電機
子、４は軸受、５は機関本体、６はクランク軸で
ある。始動兼充電装置本体の回転界磁極２はかご
形起動巻線（図示せず）を有し、電機子３に巻か
れた巻線は始動レバー７により開閉される接点８
と半導体応用発振回路を利用した直流交流変換器
９を介してバツテリ１０に接続される。１１は強
磁性体からなるフライホイール、１２はこれも強
磁性体からなる摩擦板で、常時はばね１３により
フライホイール１１に圧着され、フライホイール
１１とクランク軸６を接続する始動用クラツチを
構成している。１４は回転界磁極２の励磁巻線に
電流を供給するための集電環、１５は半導体整流
器を内蔵する電圧調整器、１６は摩擦板１２を吸
引してフライホイール１１から離脱させるための
ソレノイドコイルである。

機関始動時に接点８が閉じると、始動兼充電装
置本体１はかご形起動巻線を有する自起動型同期
電動機として作動し、回転界磁極２が回り始め
る。この時、摩擦板１２はフライホイール１１か
ら離脱しているので、起動トルクの低い自起動型
同期電動機でも容易に起動しフライホイール１１
を回転させる。このようにしてフライホイール１
１に回転運動エネルギーが十分蓄積された後、始
動レバー７を引いて接点８を開放すると、直流交
流変換器９の出力が停止するとともに、ソレノイ
ドコイル１６の励磁電流が切れるため、摩擦板１
２はフライホイール１１に圧着してフライホイー
ル１１の回転をクランク軸６に伝達し、これによ
つて機関が始動する。機関始動後は始動兼充電装
置本体１が交流同期発電機として作動し、電圧調
整器１５を通じてバツテリ１０および車両電装品
に電力を供給する。

しかし、このような従来の機関始動充電装置に
あつては、始動電動機によりフライホイールを回
転させ、フライホイールに蓄積した回転運動エネ
ルギーを始動用クラツチを介して機関のクランク
軸に伝達する、いわゆる慣性始動方式をとつてい
るため、機関の始動に十数秒〜数十秒の長時間を
要するうえに、クランク軸が静止状態からフライ
ホイールと同じ回転速度に達するまでに始動用ク
ラツチの摩擦板とフライホイールとの間に生じる
すべりによるエネルギー損失のため始動に必要な
エネルギー（消費電力）が大きく、さらにこのク
ラツチを設けたことによつて装置全体の付法、重
量が大となり、またクラツチが頻繁な始動に耐え
られない等、実用上多くの問題点がある。

本発明の目的は、上記従来例の始動用クラツチ
をなくして始動時間の短縮および始動用電力の低
減を可能にするとともに、装置全体をより小形簡
単化し、かつ耐久性を向上させた機関始動充電装
置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明では、起動トル
クの大きい無整流子電動機を機関のクランク軸に
直結して始動電動機として用い、機関始動後はこ
の無整流子電動機を交流同期発電機として作動さ
せるようにしたものである。

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。

第２図は本発明による機関始動充電装置の本体
部分を示す一実施例図である。

同図において、始動兼充電装置本体２１は、回
転界磁極２２ａ，２２ｂ、励磁巻線２３、電機子
鉄心２４、電機子巻線２５、クランク角検出器２
６を主要素として構成されている。強磁性体で作
られた１対のくし形界磁極２２ａ，２２ｂはそれ
らの磁極部が円周方向に交互に位置するようにリ
ング２７を介して一体に結合されている。リング
２７は非磁性体で作るのが良い。フライホイール
を兼ねた界磁極２２ａは機関のクランク軸２８に
嵌合し、ボルト２９によりクランク軸２８の軸端
に強固に取付けられている。界磁極２２ａの側部
には後述するクランク角度検出器２６と組合わさ
れてクランク角度の検出に用いられる切欠き３０
がある。この切欠き３０は、界磁極２２ａが有す
る磁極数と同数だけ円周上に等間隔に設けられて
いる。切欠き３０の円周方向の幅は、角度にして
360゜を切欠き数で割つた値の半分程度になるよ
うにする。第３図に回転界磁極２２ａ，２２ｂと
リング２７の外観を斜視図で示す。励磁巻線２３
は界磁極２２ａ，２２ｂを励磁するためのもの
で、界磁鉄心３１に取付けられている。界磁鉄心
３１は図示しないボルトによりリヤプレート３２
に取付け固定されており、界磁極２２ａとは軸方
向に若干の空隙ａを介して対向し、界磁極２２ｂ
とは径方向に若干の空隙ｂを介して対向してい
る。本実施例では励磁巻線２３を固定側に設けて
集電環を省略しているが、励磁巻線２３に流れる
電流は電機子巻線２５の電流に比べるとはるかに
小さいので、集電環およびブラシを介して通電す
るようにしてもよい。電機子鉄心２４はけい素鋼
板を積層して作られ、その内周部には電機子巻線
２５を収める溝が多数設けられている。電機子巻
線２５は、通常の無整流子電動機と同様に三相の
分布巻にしてある。電機子鉄心２４および電機子
巻線２５の外観を第４図に斜視図で示す。電機子
鉄心２４は固定枠３３に嵌合して図示しないキー
により固定枠３３に対して位置合わせされ、かつ
回転を阻止されている。３４は電機子鉄心２４を
固定枠３３に対して軸方向に固定するためのスペ
ーサ３５はばねリング、３６は固定枠３３をリヤ
プレート３２に取付け固定しているボルトであ
る。リヤプレート３２は図示しない機関本体に取
付けられている。クランク角度検出器２６は後述
する電機子電流切換回路４９を作動させる信号源
となるもので、ここでは発振式近接スイツチを用
いている。該近接スイツチは、界磁極２２ａの切
欠き３０が設けられた円周線上にその検出端が対
向するようにリヤプレート３２に取付けられてお
り、界磁極２２ａの切欠き部と非切欠き部におけ
るインダクタンス変化により発振条件が変化して
クランク角度（界磁極位置）に対応する“１”ま
たは“０”の２値信号を出力する。電機子巻線２
５を三相とした場合、クランク角度検出器２６は
３個設置される。３７はクランク軸２８と変速機
駆動軸３８との間の動力の伝達を断続するクラツ
チで、ここではクラツチデイスク３９、プレツシ
ヤプレート４０、ダイヤフラムスプリング（皿ば
ね）４１、ワイヤリング４２，４３、クラツチカ
バー４４からなるダイヤフラムスプリング・クラ
ツチを用いており、クラツチカバー４４はボルト
４５によりフライホイールを兼ねた界磁極２２ａ
に取付けられている。周知のように、クラツチペ
ダル（図示せず）が踏み込まれていないときに
は、ダイヤフラムスプリング４１の張力がてこ作
用によりプレツシヤプレート４０を介してクラツ
チデイスク３９に加わり、変速機駆動軸３８上に
取付けられたクラツチデイスク３９を界磁極２２
ａの側面に圧着して、クラツチを接続状態にす
る。クラツチペダルを踏み込むと、図示しないス
リーブが軸方向に摺動してダイヤフラムスプリン
グ４１の中央部を矢印Ｃ方向に押し、このためダ
イヤフラムスプリング４１はワイヤリング４２，
４３を支点として反転し、クラツチデイスク３９
への加圧力が解除されて、クラツチは切断状態と
なり、クランク軸２８と変速機駆動軸３８との間
の動力伝達が断たれる。このように始動兼充電装
置本体の回転界磁極２２ａを機関のクランク軸に
直結し、さらにこの回転界磁極２２ａをクランク
軸と変速機駆動軸との間を断続するクラツチ３７
の担体に兼用することにより、始動兼充電装置本
体２１とクラツチ３７とを一体化して機関の動力
伝達系の途中にコンパクトに組み込むことができ
る。

第５図に全体の回路構成を示す。４６はバツテ
リ、４７はキースイツチで、ｄがイグニツシヨン
側接点、ｅがスタート側接点である。４８は励磁
巻線２３に流れる電流を制御する励磁電流制御回
路で、これは、発電状態においてはバツテリ４６
の端子電圧を検出してその電圧値を所定の値に保
つように励磁電流を制御するものである。始動状
態においては大電流が流れるためバツテリ４６の
端子電圧が低く、励磁電流は最大で一定となるの
で、電動機の特性としては分巻特性となるが、負
荷の要求によつては、バツテリ４６の端子電圧に
より励磁電流を変化させてもよいし、さらにバツ
テリ４６からキースイツチのスタート側接点ｅお
よび電機子電流切換回路４９を経て電機子巻線２
５へ流れる電流をも検出してこれに対応した励磁
電流の制御を行なうことにより、電動機に複巻或
いは直巻特性をもたせることもできる。５０〜５
５は機関始動後に発電機出力電圧を直流に変換し
て取出すため、電機子巻線２５に接続された三相
全波整流回路を構成するダイオードである。

電機子巻線２５、クランク角度検出器２６の構
成については前述したが、次にこれらと電機子電
流切換回路４９との関係および電機子電流切換回
路４９の構成を第６図を参照して説明する。

第６図に示す電機子電流切換回路４９の入力側
は前記キースイツチ４７のスタート側接点ｅに接
続されており、ツエナダイオード５６は抵抗５７
とともに始動時一定電圧を作り出す。５８〜６３
は電流切換用トランジスタで、図ではそれぞれ１
個のトランジスタとなつているが、ダーリントン
接続された複数のトランジスタとしてもよい。５
８と５９，６０と６１，６２と６３の各対のトラ
ンジスタ間の分岐点はそれぞれ前記電機子巻線２
５のＵ，Ｖ，Ｗ各相端子に接続されている。６４
〜６９は比較器で、Ｕ，Ｖ，Ｗ各相用のクランク
角度検出器２６の出力を設定電圧と比較してトラ
ンジスタ５８〜６３をオンオフ動作させるための
信号を発生する。７０〜８１はツエナダイオード
５６により作られた一定電圧を分圧して比較器６
４〜６９に設定電圧を与える抵抗である。

６４，６６，６８の各比較器はその―入力端子
にクランク角度検出器の出力電圧が印加され、６
５，６７，６９の各比較器はその＋入力端子にク
ランク角度検出器の出力電圧が印加される。これ
により、５８と５９、６０と６１、６２と６３の
各対のトランジスタは互に相補的に動作する。こ
こで、相補的とは前記各対のトランジスタが同時
にオンすることはないという意味であつて、同時
にオフする期間が若干あつても差支えない。

この電機子電流切換回路は、ある期間にはたと
えばトランジスタ５８，６１，６３がオン、トラ
ンジスタ５９，６０，６２がオフとなつてバツテ
リ４６から供給される電流を電機子巻線２５のＵ
相端子からＶ相およびＷ相端子へ流し、次の期間
にはトランジスタ５８，６０，６３がオン、トラ
ンジスタ５９，６１，６２がオフとなつて電機子
巻線２５のＵ相およびＶ相端子からＷ相端子へ電
流を流し、さらに次の期間にはトランジスタ５
９，６０，６３がオン、トランジスタ５８，６
１，６２がオフとなつて電機子巻線２５のＶ相端
子からＵ相およびＷ相端子へ電流を流すと言つた
ように、クランク角度検出器２６の出力信号に応
じて電機子巻線２５に流れる電流の方向を切換
え、電機子巻線２５の作る磁界が回転界磁極２２
ａ，２２ｂによる磁界に対して常に一定の位相差
（π／２）をもつ回転磁界になるようにする。このこ とは通常の無整流子電動機と同様である。Ｕ，
Ｖ，Ｗ各相用のクランク角度検出器２６は、それ
ぞれの出力が電機子電流の切換に必要な所定の順
序で周期的に変化するように回転界磁極２２ａに
対向して配置されている。本実施例ではクランク
角度検出器として近接スイツチを用いているが、
光電素子、磁気感応素子等の他のセンサを用いて
クランク角度の検出を行なつても同様の作用効果
が得られることは言うまでもない。

第５図にもどつて、今機関が停止している状態
でキースイツチ４７をスタート位置にすると、前
述したように励磁巻線２３および電機子巻線２５
に電流が流れ、これによつて回転界磁極２２ａ，
２２ｂにトルクが発生し、直結したクランク軸２
８を回転させる。界磁極２２ａ，２２ｂが回り始
めると、クランク角度検出器２６が界磁極位置を
検出し、電機子巻線２５の作る回転磁界の速度が
界磁極の回転速度と同一になるように電機子電流
切換回路４９を作動させるので、界磁極２２ａ，
２２ｂはトルクを得てさらに加速する。このよう
な正帰還作用によつて強力な起動トルクが得られ
るため、直結駆動により機関を短時間に始動させ
ることができる。機関が始動すれば界磁極の回転
速度はさらに上昇し、従つて電機子巻線２５に発
生する逆起電力が大きくなるので、不必要な始動
電流が流れることもない。機関始動後、キースイ
ツチ４７をイグニツシヨン位置にすると、始動兼
充電装置本体２１は交流同期発電機として作動
し、効率良く発電ができる。その発生電力はダイ
オード５０〜５５により直流に変換されてバツテ
リ４６および車両内の電装品へ供給される。

第７図は本発明の他の実施例を示す回路図であ
る。本実施例はキースイツチ４７のスタート側接
点をなくし、新たにクラツチスイツチ８２を設け
たもので、それ以外の構成は前記実施例と変わり
がない。クラツチスイツチ８２は第２図のクラツ
チ３７を作動させるクラツチペダル（図示せず）
に連動して電機子電流切換回路４９とバツテリ４
６とを結ぶ回路を開閉するように構成されてい
る。

機関が停止している状態でキースイツチ４７を
イグニツシヨン位置にし、クラツチペダルを踏み
込むと、クラツチスイツチ８２の接点が閉じ、こ
の接点を通じて電機子電流切換回路４９に電流が
流れるので、界磁極２２ａ，２２ｂが回転して機
関を始動させる。機関始動後、変速機（図示せ
ず）をニユートラル位置にしてクラツチペダルを
解放し、機関を暖機運転する。この構成による
と、クラツチペダルを踏み込んでいるとき、すな
わち、前記クラツチ３７が切断状態にあるとき
は、バツテリ４６に電機子電流切換回路４９が接
続されていて、機関が停止しようとすれば電機子
電流切換回路４９が作動して界磁極２２ａ，２２
ｂに始動トルクを発生させるので、エンストを起
こすことがない。変速機がニユートラル位置にな
く、かつクラツチペダルも踏まないで車両を停止
させるとエンストを起こすが、この場合でもクラ
ツチペダルを踏むとすぐ機関が始動するので、そ
のままアクセルペダルを踏んで発進できる。した
がつて、実用上エンストがないと言える。

以上説明したように本発明による機関始動充電
装置は、充電発電機兼始動電動機を機関のクラン
ク軸に直結して作動させる構成としたため、慣性
始動方式による従来例に比べて始動時間が短く、
また従来例のように始動用クラツチのすべりによ
るエネルギー損失がないので、始動用電力の低
減、したがつて機関の燃費向上が図れる。さら
に、始動用クラツチをなくしたことによつて装置
全体をより小形簡単化でき、しかもこの装置には
整流子、摩擦板等の摩耗しやすい部分がないので
耐久性に富み、頻繁な始動にも耐えることができ
る。それに加えて、第７図の実施例のように電機
子電流切換回路とバツテリとを結ぶスイツチを車
両のクラツチペダルに連動して断続させるように
すれば、クラツチペダルの踏み込みによつて機関
を即時始動でき、実用上エンストをなくすことが
できるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の慣性始動方式による機関始動充
電装置の概要図、第２図は本発明の一実施例を示
す要部側断面図、第３図は第２図中に示した回転
界磁極の斜視図、第４図は同じく電機子の斜視
図、第５図は本発明の一実施例の全体回路図、第
６図は第５図中の電機子電流切換回路の詳細図、
第７図は本発明の他の実施例の全体回路図であ
る。 ２１……始動兼充電装置本体、２２ａ，２２ｂ
……回転界磁極、２３……励磁巻線、２４……電
機子鉄心、２５……電機子巻線、２６……クラン
ク角度検出器、２８……クランク軸、２９……回
転界磁極取付ボルト、３０……クランク角度検出
用切欠き、３１……界磁鉄心、３７……クラツ
チ、３８……変速機駆動軸、４６……バツテリ、
４７……キースイツチ、４８……励磁電流制御回
路、４９……電機子電流切換回路、５０〜５５…
…整流回路を構成するダイオード、８２……クラ
ツチスイツチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関のクランク軸に取付けられた回転界磁極
   と、これを励磁するための励磁巻線と、機関本体
   に固定された電機子鉄心およびこれに巻かれた電
   機子巻線と、クランク角度検出器とで構成される
   始動兼充電装置本体に、該始動兼充電装置本体を
   始動電動機として作動させる際、前記電機子巻線
   が前記回転界磁極の磁界に対して一定の位相差を
   もつ回転磁界を形成するように前記クランク角度
   検出器の出力信号に応じて前記電機子巻線に流れ
   る電流の方向を切換える電機子電流切換回路と、
   機関始動時に該電機子電流切換回路をバツテリに
   接続するためのスイツチと、前記励磁巻線に流れ
   る電流を制御する励磁電流制御回路と、機関始動
   後に前記電機子巻線に発生する電圧を直流に変え
   て取り出すため該電機子巻線に接続された整流回
   路とを組合わせてなる機関始動充電装置。 ２ 前記スイツチが、機関クランク軸と変速機駆
   動軸との間を断続するクラツチの切断時には前記
   電機子電流切換回路とバツテリとを結ぶ回路を閉
   じ、該クラツチの接続時にはその回路を開くよう
   にクラツチペダルに連動して開閉動作するクラツ
   チスイツチであることを特徴とする特許請求の範
   囲１項記載の機関始動充電装置。 ３ 前記回転界磁極が、機関のクランク軸と変速
   機駆動軸との間を断続するクラツチの担体を兼ね
   て構成されていることを特徴とする特許請求の範
   囲１項記載の機関始動充電装置。