JP2558478B2 - 自動車用発電機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は自動車の走行時でも停止時でもエンジンの稼
動により交流100Vの電源を取得することができるように
した自動車用発電機構に関するものである。

〈従来の技術〉 自動車に搭載した発電機により、他の電源に使用する
ようにしたものとしては次の様なものが知られている。

その１つは、一つの発電機を用い、これを外部回路と
組合せる方法によるものであり、例えば特開昭50−3634
1号公報、特開昭50−138529号公報等に記載されてい
る。

上記した各公報に記載のものは、１つの発電機を使用
するが、その発電機の発生電圧として二種類の異なった
電圧を発生させるのではなく、発電機の外部で切換スイ
ッチ等によって二電圧を得る構造である。

また、他の構成として一つの発電機を自動車に具備す
るようにしたものも知られており、例えば特開昭60−16
1225号公報、実開昭56−43265号公報に記載されてい
る。

上記した特開昭60−161225号公報に記載のものは、自
動二輪車に12V用と100Vの２つの発電機を夫々をベルト
で駆動して二電圧を得るようにしている。また、実開昭
56−43265号公報に記載のものもほぼ同様の構成であ
る。

更に、上記構成以外のものとしては一つの発電機の中
に二つの磁極及び二つのステータコアを夫々独立して設
けたものもあり、例えば実開昭57−136973号公報に記載
されている。

この公報に記載されたものは、ローラとステータとの
組合せを二つ、一つのケーシング内に納めて二つの発電
部分を構成し、これら両発電部分を共通の回転軸により
駆動するようにしたものである。

〈発明が解決しようとする問題点〉 上記した各公報に記載されている発電機、発電システ
ムは、二電源を獲得することができるが、いずれも構造
が簡単で発電機発生電圧として同時に二種類の異なった
電圧を一つの発電機で発生することができない。

すなわち、特開昭50−36341号公報に記載のものは、
発電機の外部の切換スイッチで二つの電圧を使い分ける
ようにしており、切換スイッチで選択的に取り出す構成
であるから、一方の電圧を出すと、他方の電圧を出せな
い。

特開昭50−138529号公報に記載のものは上記と同様
に、一つの発電機で切換スイッチ等の外部回路を組み合
せており、二つの電圧を同時には取り出すことができな
い。

また、このものでは、切換スイッチ等の操作が複雑で
あるばかりでなく、昇圧トランスが必要でこのトランス
により重量が増加してしまう。重量が増加すると特に車
輛用として用いるのに好ましくないし、保護抵抗やリレ
ー等の電気回路が必要であって、この保護抵抗には大電
流が流れるので無駄な消費電力が発生する。

また、エンジンの出力を取り出して油圧ポンプを作動
し、この油圧により油圧モータで発電機を駆動するもの
は、機械的効率が低く、装置全体が重く大型になる。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記した従来の欠点を解消すべく提案された
もので、自動車の走行に供されるエンジンを駆動源とし
て高電圧交流電力を出力する第１の発電系統と、低電圧
直流電力を出力する第２の発電系統と、該第２の発電系
統の出力により充電可能な車両用バッテリーと、上記第
１の発電系統の高電圧交流電力を商用周波数100ボルト
の交流に交換して外部負荷へ供給可能とする変換制御手
段と、上記第１の発電系統の出力電圧か若しくは上記第
２の発電系統の出力電圧を検出する電圧検出手段を設
け、該電圧検出手段の出力に基づいて上記第１の発電系
統の界磁コイルに供給する界磁電流を制御する界磁制御
手段とを備える発電制御装置と、からなることを特徴と
することにより、自動車の走行時、停車時のいずれの場
合でも外部用電源を発生させることができる。

〈実施例〉 以下に本発明を図面の実施例に基づいて説明する。

本発明の発電機構１は自動車のエンジンルーム内に設
置するもので、基本的にはエンジン２により駆動する発
電機３と、この発電機３に電気的に接続されているイン
バータ部４と、発電機３とインバータ部４とを電気的に
接続する回路５中に設けた電流センサ６からの信号が供
給されるコントローラ部７とを有する。そして、本実施
例ではコントローラ部７により作動してエンジン２のア
イドリング回転数を高めるアイドルアップ用ソレノイド
８を設けるとともに、停車時において大電力の消費に備
えて、上記したコントローラ部７により作動するアクセ
ルアクチュエータ９を設けてある。しかし、このアクセ
ルアクチュエータ９は本発明においては必ずしも必要な
ものではない。

上記した発電機３はシングルボルテージ高周波発電機
3a（第１図の実施例）、またはデュアルボルテージ高周
波発電機3b（第２図、第３図の実施例）を使用すること
ができる。

発電機３としてシングルボルテージ高周波発電機3aを
使用する場合には自動車のボンネット内にオルタネータ
を搭載したままとし、このオルタネータで発生する電力
をバッテリに供給し、シングルボルテージ高周波発電機
3aで発生する電力を、回路５によりインバータ部４に供
給する。

しかし、発電機３としてデュアルボルテージ高周波発
電機3bを使用する場合にはボンネット内からオルタネー
タを外してデュアルボルテージ高周波発電機3bの高周波
側出力部10に回路５を接続し、直流側出力部11をボンネ
ット内に搭載してあるバッテリ12に接続する。

このデュアルボルテージ高周波発電機3bの一例は、本
出願人が特願昭61−218088号として出願中である一軸二
電源系統のものを使用することができる。

上記したデュアルボルテージ高周波発電機3bは、第５
図で示すように高圧用としての第１のコイル13aと、低
圧用としての第２のコイル13bを直列に接続し、ステー
タコアに上記両コイルを同一スロットに積層して挿入す
るものである。そして、第２のコイル13bの一端は星形
結線の中性点Ｃとされ、第２のコイル13bの他端と第１
のコイル13aの一端とを接続し、各第１のコイル13aの他
端側を集合して高周波側出力部10とし、第２のコイル13
bと第１のコイル13aとの各接続点を集合させて直流側出
力部11とする。もっとも、直流側出力部11側にはダイオ
ードを介在させて直流側出力部11から発生する電圧を直
流14V,60A程度に制御している。

一方、シングルボルテージ高周波発電機3aの内部に設
けてある界磁コイル14の端子15は後記するコントローラ
部７に接続する。

このように、本発明では発電機３としてシングルボル
テージ高周波発電機3a、またはデュアルボルテージ高周
波発電機3bを使用することができるが、どちらの発電機
３を使用するかは自動車の規格、消費電力の負荷等によ
り適宜に設定することになる。

本発明におけるインバータ部４、コントローラ部７等
は、第１図及び第２図で示すように、別個独立した形態
（セパレートタイプ）としても、第３図で示すように、
１つのケース16内に設けてシステムコントローラとして
一体化してもよい。

上記した高周波側出力部10に接続されているインバー
タ部４は、第４図及び第６図に示すように発電機３から
回路５を介して供給される三相100Vの高周波出力をダイ
オード17で直流に変換し、さらにこの直流電圧をトラン
ジスタからなるスイッチング素子18で交流電圧に変換す
るものである。したがって、コンセント19に電気的機器
20に差し込むと、インバータ部４の出力は電気的機器20
に給電されて作動する。セパレートタイプに使用するイ
ンバータ部４は、外部電源を必要としない場合にはコネ
クターボックス21から外して例えば自動車のトランクル
ーム内に収納しておき、外部電源を必要とする場合には
インバータ部４側の回路５をコネクターボックス21に差
し込んで使用する。なお、コネクターボックス21はイン
バータ部４を接続しやすいけれど目立たない位置、例え
ば前側バンパーの横とか後部座席の横に設けるのが望ま
しく、またコントローラ部７は運転者が操作しよすいよ
うに、例えば運転席の側面に設けるのが望ましい。

一方、システムコントローラとして一体化した場合、
例えばケース16をセンターコンソールボックスの下に取
付けるようにすると、配線の簡素化、製造及び取付の簡
便化、コネクターボックス21の別個取付作業が不要にな
る等のメリットが生じる。

前記したコントローラ部７は、内部に発電機３の電圧
制御機構22、エンジン２の回転数の制御機構23及び誤操
作保護機構24を有する。そして、上記電圧制御機構22に
は、発電機３からの発電検出信号が入力されて発電機３
の界磁コイル14に界磁制御信号を出力する。また、制御
機構23には、イグニッションコイルからのエンジン回転
数検出信号と電流センサ６からの負荷電流検出信号とが
入力され、この両信号に基づき停車時においては駆動信
号をアクチュエータ９に出力し、アクセルアクチュエー
タ９によりスロットルレバーを調整してエンジン２の回
転を制御するのである。さらに、誤操作保護機構24には
自動車内のサイドブレーキ判定信号と、セパレートタイ
プの場合にはコネクターボックス21からのコネクター接
続検出信号とが入力され、第１の保護駆動信号と第２の
保護駆動信号とを出力させる。

上記した第１の保護駆動信号は自動車の走行中に運転
者がコントローラ部７を停車発電状態に誤操作した場
合、サイドブレーキが作用していないのでアクセルアク
チュエータ９が操作しないようにしたり、自動車が停車
して発電状態時にサイドブレーキを放されるとアクセル
アクチュエータ９をアイドリング状態にして急発進を防
止する等、運転者に誤動作が有った時の安全用信号であ
る。また、上記した第２の保護駆動信号は、セパレート
タイプの場合に用いられ、例えばコネクターボックス21
にインバータ部４を接続したまま自動車が走行した場合
に警告音を発生させるための警報信号である。なお、シ
ステムコントローラとした一体型の場合には、コネクタ
ーボックスの配線をその都度接続したり取り外したりす
ることが不要なので、この第２保護駆動信号は必要な
い。

本発明の自動車用発電機構は上記した様に、エンジン
２により作動する発電機３、インバータ部４及びコント
ローラ部７が主要な構成で、コントローラ部７のモード
スイッチを運転者または他の者が操作することにより、
走行モード（自動車の走行のみ）、走行発電モード（自
動車の走行と同時に発電）及び停車発電モード（自動車
が停止状態での発電）を選択することができる。

走行モードは、自動車の走行時に交流100Vを使用しな
い通常の走行状態の場合で、第１図の実施例においては
シングルボルテージ高周波発電機3aを使用しないでボン
ネット内のオルタネータでバッテリ12に給電する。そし
て、第２図及び第３図の実施例ではデュアルボルテージ
高周波発電機3bをオルタネータと同一の機能をさせ、直
流14Vを電装品に供給することを目的として使用する。
したがって、エンジン２のアイドリング回転数は通常と
同様に、650〜700rpmで使用可能である。

この走行モードシステムは、第８図で示すように、エ
ンジン２を始動させ、コントローラ部７内のモードスイ
ッチを『走行』に投入すると、コントローラ部７に入力
されているエンジン回転数検出信号によりイグニッショ
ン電圧の周波数を検出してエンジン２が回転中であるこ
とを判断し、また周波数が規定値以上であることを確認
すると発電機３に界磁制御信号を供給する。この作用に
より、エンジン２が回転していないのに発電機３に無駄
な界磁電流を供給することを防止することができる。

なお、電流センサ６に周波数を検出できる検出器を使
用すると、この電流周波数検出器からの信号によりエン
ジン２の回転数を確認して、上記と同様の制御できる。
そして、この様に構成すると、ラジオの雑音の原因とな
るパルスノイズが車内に侵入することを未然に防止する
ことができる。

上記のようにして発電機３の界磁コイル14に界磁電流
が供給されると、発電機３は発電を開始し、発電機３に
内蔵した整流器により交流を直流の14Vに交換してバッ
テリ12に蓄電したり、電装品の電源として使用する。そ
して、エンジン２の回転数が上昇したり負荷が軽減する
と、発電機３の発電電圧が上昇するとともにバッテリ12
の端子電圧も上昇するので、14V以上になるとコントロ
ーラ部７は入力されている発電検出信号により界磁制御
信号を制限する。これにより、発電機３の発電状態が制
御され、14V以下になると再びコントローラ部７から界
磁制御信号を発電機３の界磁コイル14に供給する。

したがって、コントローラ部７の電圧制御機構22では
発電機３の出力電圧を常に直流14Vに保持するのであ
る。

一方、自動車の走行中にアクセルペタルによりアクセ
ルが変化し、アクセル部に接続されているワイヤがアイ
ドリング位置に確実に戻されていなければならないの
で、モードスイッチを『走行』に投入してアイドリング
位置でないときにコントローラ部７から駆動信号をアク
セルアクチュエータ９に供給し、アイドリング位置にワ
イヤが戻された時にアクセルアクチュエータ９内のセン
サが作用し、コントローラ部７に原点位置信号を供給す
る。

コントローラ部７は、上記原点位置信号を受けると、
アクセルアクチュエータ９の動作電源を遮断し、走行中
に不慮の原因が生じても、アクセルアクチュエータ９が
作動しないようにしている。

一方、走行発電モードは自動車の走行中に交流100Vを
外部電源として使用する場合で、この場合の発電機３は
直流100V、及び交流100V電源の一軸二系統の電力を供給
することができる。しかし、エンジン２のアイドリング
回転数は走行モード時に比較して僅かに多く、900〜100
0RPM程度で使用する。これは、エンジン２のアイドリン
グ時でも交流100V側に安定した電力を供給するために、
発電機３の回転数を調整する必要が有るからである。

走行発電モードシステムは、第９図に示すように、エ
ンジン２を始動させ、コントローラ部７のモードスイッ
チを『走行発電』に投入したら、その後は前記した走行
モードと同一である。しかし、走行モードと比較する
と、エンジン２のアイドリング時における回転数を上昇
させるためのアイドルアップ用ソレノイド８が必要であ
る。以下にこのアイドルアップ用ソレノイド８の作動に
付いて説明する。

エンジン２を始動してコントローラ部７のモードスイ
ッチを『走行発電』に投入すると、走行モードと同一の
動作と、アイドルアップ用ソレノイド８とが動作する。

アイドルアップ用ソレノイド８は、空調器を搭載して
いる自動車にはほとんど装備されている部品で、空調器
がエンジンの通常のアイドリング時の回転数（650〜700
rpm）では充分な性能を発揮できないので、アイドリン
グ回転数を900〜1000rpmに増加させるためのものであ
る。

したがって、走行発電モードにおいても、エンジン２
の交流100V側が使用状態にある時、エンジンのアイドリ
ング回転数を多少増加させるために、コントローラ部７
からアイドルアップ用ソレノイド８に駆動電流を供給し
てアイドリング時のエンジンの回転数を増加させる。

ここで、発電機３は前記したように一軸二電源系統で
あるから、直流14V以外に交流100V電力が発生し、また
交流100V電力は高周波交流出力であるから直接家庭用電
気機器に使用することができない。そこで、セパレート
タイプにおいてはトランクルーム内等に収納したインバ
ータ部４で、一体型のシステムコントローラにおいては
ケース16内のインバータ部４で直流に交換した後、スイ
ッチング素子18で商用周波数の交流50Hzまたは60Hzに変
換し、家庭用電気機器でも使用可能にしてコンセント19
で接続するようにしている。

なお、発電機３の容量は入力回転数に比例するので、
自動車の高速走行時には出力容量が高く、逆に低速走行
時には出力容量が低い。したがって、走行発電モード時
の出力容量は、低速時の最低エンジン回転数であるアイ
ドリング時の回転数で決定されている。

停車発電モードは、自動車の停車中において交流100V
を使用する場合で、走行発電モードの場合と同様に、発
電機３は直流14Vと交流100Vの一軸二系統の電力を供給
する。この場合、エンジンの排気量や発電機の規模にも
よるが、アイドリング状態であってもある程度の電力を
発電することができ、前記したアイドルアップ用ソレノ
イド８を作動すると更に余裕ができる。したがって、こ
の程度の電力を消費する電気的機器20を使用するにはこ
れで充分である。

しかし、エンジンの回転数は走行発電モードと異な
り、電力負荷の使用量に比例して変化させることが望ま
しい。即ち、電力負荷の使用量が多い時はエンジンを高
速で回転させ、電力負荷が少ない時はエンジンを低速回
転させることが望ましい。これは、電流センサ６からの
負荷電流検出信号がコントローラ部７に入力されると、
回転数の制御機構23から駆動信号がアクセルアクチュエ
ータ９に出力され、アクセルアクチュエータ９によりエ
ンジン２の回転を制御するとにより行なわれる。

停車発電モードシステムは、第10図で示すように、エ
ンジン２を始動し、コイル部７内のモードスイッチを停
車発電に投入すると、発電機３に界磁電流を供給する作
用は前記した走行モード、走行発電モードと同様である
が、エンジン２が回転中と判断できる規定値以上の周波
数がエンジン回転数検出信号により検出されると、コン
トローラ部７はアクセルアクチュエータ９にアクセルワ
イヤーが引かれる方向（エンジンの回転数が上がる方
向）に駆動信号を供給する。一方、この間にコントロー
ラ部７は、イグニッション周波数又は発電機からの周波
数を常に検知していて、発電機３の交流100V使用可能な
状態、即ち、エンジン回転数が900〜1000rpmに達すると
アクセルアクチュエータ９への駆動信号の供給を停止す
る。実際にはコンセント19に家庭用電気機器のプラグを
差し込んで使用し、使用する電気負荷によりアクセルア
クチュエータ９を引き動作（エンジン回転数上昇）をし
たり、戻し動作（エンジン回転数低下）をしたりして、
エンジン回転数と電気負荷容量を最適位置になるように
調整する。

具体的には、コントローラ部７がイグニッション周波
数、即ちエンジン２の回転数と電流センサ６からの負荷
電流検出信号とを内部で常に比較演算し、負荷と回転数
とが同一の場合にはアクセルアクチュエータ９への駆動
信号を停止する。しかし、負荷が回転数より大きい場合
には、アクセルアクチュエータ９を引き動作する駆動信
号をアクセルアクチュエータ９に供給し、エンジン２の
回転数を上昇させる。そして、負荷が回転数より小さい
場合には、アクセルアクチュエータ９を戻し動作する駆
動信号をアクセルアクチュエータ９に供給し、エンジン
の回転数を低下させる。

なお、停車発電モード時に、誤ってキースイッチがオ
フになったりエンストした場合、エンジン２を再始動す
る時にアクセルアクチュエータ９がアクセルを引いたま
まの状態ではエンジンの始動直後に、急に高回転となっ
て危険であるから、例えば発電機３に界磁制御信号の供
給を止めるとともに、アクセルアクチュエータ９を戻し
動作させるのである。これらの動作は、前記説明や図面
により適宜に設定することができる。

以上本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施
例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の
範囲内であればどのようにでも変更して実施することが
できる。

〈発明の効果〉 以上要するに本発明によれば、自動車の走行に供され
るエンジンを駆動源として高電圧交流電力を出力する第
１の発電系統と、低電圧直流電力を出力する第２の発電
系統と、該第２の発電系統の出力により充電可能な車両
用バッテリーと、上記第１の発電系統の高電圧交流電力
を商用周波数100ボルトの交流に交換して外部負荷へ供
給可能とする変換制御手段と、上記第１の発電系統の出
力電圧か若しくは上記第２の発電系統の出力電圧を検出
する電圧検出手段を設け、該電圧検出手段の出力に基づ
いて上記第１の発電系統の界磁コイルに供給する界磁電
流を制御する界磁制御手段とを備える発電制御装置と、
からなることを特徴とするので、自動車がどのような状
態であっても、発電機の入力回転数に拘らず、例えば直
流14Vと交流100Vの電圧、周波数が安定した良質な二電
源を獲得することができ、各電源を有効に利用すること
ができる。そして、発電機、変換制御手段及び界磁制御
手段等は極めて小型化、軽量化することができ、どのよ
うな自動車にも搭載が可能である。したがって、交流10
0Vを地震、火災、封水害等の災害時における非常用電源
として、またはレジャー用等に極めて広範に利用するこ
とができ、実用的価値の高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す概略系統図、第２図
は本発明の他の実施例を示す概略系統図、第３図はイン
バータ部やコントロール部等を一体化した他の実施例を
示す概略系統図、第４図は第３図に示すシステムコント
ローラのブロック図、第５図は発電機の概略図、第６図
はインバータ部の概略図、第７図はコントローラ部の概
略図、第８図は走行コイル時の作動系統図、第９図は走
行発電モード時の作動系統図、第10図は停止発電モード
時の作動系統図である。 図中、１は発電機構、２はエンジン、３は発電機、４は
インバータ部、５は回路、６は電流センサ、７はコント
ローラ部、８はアイドルアップ用ソレノイドである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】自動車の走行に供されるエンジンを駆動源
   として高電圧交流電力を出力する第１の発電系統と、低
   電圧直流電力を出力する第２の発電系統と、該第２の発
   電系統の出力により充電可能な車両用バッテリーと、 上記第１の発電系統の高電圧交流電力を商用周波数100
   ボルトの交流に交換して外部負荷へ供給可能とする変換
   制御手段と、上記第１の発電系統の出力電圧か若しくは
   上記第２の発電系統の出力電圧を検出する電圧検出手段
   を設け、該電圧検出手段の出力に基づいて上記第１の発
   電系統の界磁コイルに供給する界磁電流を制御する界磁
   制御手段とを備える発電制御装置と、 からなることを特徴とする自動車用発電機構。
2. 【請求項２】上記エンジンの回転数を検出するエンジン
   回転数取得手段を設け、 該エンジン回転数取得手段からのエンジン回転数信号に
   基づいて、上記エンジンの回転数が予め定めた規定値以
   上であるか否かを判定し、上記エンジンの回転数が上記
   規定値以上であることを条件に上記第１の発電系統の界
   磁コイルに界磁電流を供給することを特徴とする特許請
   求の範囲第（１）項に記載の自動車用発電機構。