JPH02266882A

JPH02266882A - 発電発動装置

Info

Publication number: JPH02266882A
Application number: JP8520689A
Authority: JP
Inventors: Toshio Yokoyama; 横山　利夫; Yoshio Kojima; 喜夫小島
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1990-10-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分計）本発明は発電機および電動機として運転される回転装置
に係り、特に自動車等のエンジンの始動兼充電装置に適
する発電発動装置に関する。

（従来の技術）固定子鉄心に電動機巻線と発電機巻線を設け、回転子巻
線による磁束を電動機および発電機としての動作時で共
用する技術は、実開昭５０−１１５１１７号公報で知ら
れている。

また、直流電力を交流電力に変換するインバータ装置を
介して、電動機巻線へ電力を供給して電動機として運転
する技術は、特開昭６３−４１６６７号、特開昭５３−
２０２２５５号公報等で知られており、インバータ装置
は転流制御手段とこの転流制御手段によりオン・オフ制
御される電力用スイッチング素子（例えばパワーＭＯ５
ＦＥＴ等）で構成されている。

（発明が解決しようとする課題）一方、電動機を始動する際には、定常電流の数倍（例え
ば４〜６倍）の始動電流が流れる。しかし、このような
始動電流を考慮して、最大許容電力の大きいスイッチン
グ素子を選定した場合、そのスイッチング素子の形状が
大きく、装置が大型化され、また、価格も高くなり望ま
しくない。

また、電動機として運転している状態で、発電機側の発
電出力が負荷へ供給されていたのでは、発電機巻線によ
る制動が作用しており、電動機としての所望の回転数を
得ることができず、また、電動機巻線へより大きな電流
を供給しなければならず不都合である。

さらに、発電機側で回転子巻線へ通電する電流値を制御
、もしくは、通電する電流をオン・オフさせて発電機の
出力電力を調節する電圧調整器（ボルテージ・レギュレ
ータ）を備える構成においては、電動機として動作させ
ている時に、回転子巻線へ供給する電流値が変動したの
では、安定した回転数・トルクを得ることができない。

本発明は、これらの課題を解決するためなされたもので
、その目的は電動機巻線を２分割構造とし、分割巻線始
動の構成として始動電流を制限し、もって、インバータ
装置内の電力用スイッチ素子に要求される最大定格を軽
減して、装置の小形化・低価格化を図ることのできる発
電発動装置を提供するものである。また、本発明は分割
巻線始動状態から両巻線への通電状態への切替える検出
手段の入力を、インバータ装置の転流タイミング信号を
得るための回転位置検出手段を兼用し、または、発電機
巻線に発生した起動圧を入力とすることにより、新たな
検出手段が不要とし、さらに、発動機としての動作状態
において、発電機側からの影響を除去して安定した電動
機動作を行なうことのできる発電発動装置を提供するこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段）前記課題を解決するため本発明に係る発動発電機は、電
動機巻線を二分割し、一方の巻線のみで始動させた後、
回転数検出手段の出力に基づいて両方の巻線へ通電する
給電切替手段を備えたことを特徴とする。

回転数検出手段は、インバータ装置の転流タイミング信
号を得るための回転位置検出手段の出力信号を所定の時
間計数する計数手段と、この計数手段に基づいて所定回
転数以上であることを判定する手段で構成される。

回転位置検出手段は、回転軸の軸端外周に等間隔で配設
した複数の永久磁石と、複数の磁気感応素子より構成す
ることができる。

また、回転数検出手段は発電機巻線の起電圧に基づいて
所定回転数以上であることを判断する比較手段で構成し
てもよい。

ざらに、電動機として動作している間は、発電機巻線に
発生した起動圧が負荷へ供給されるのを遮断する手段、
および、回転子巻線へ供給する電流値を略一定に制御す
る回転子巻線通電制御手段を備えることが望ましい。

（作用）いずれか一方の電動機巻線へ通電されることで、回転を
開始し、所定回転数に達した後は、両方の電動機巻線へ
通電され、所定の回転数およびトルクを得る。

回転数判定手段は、回転位置検出手段の出力信号を計数
して、所定の回転数に達したことを判定する。

回転軸に設けられた永久磁石の移動（回転）による磁束
変化で、磁気感応素子の出力が変化することで回転位置
の検出が行なわれる。

回転数に比例して発電機巻線の起電圧が大きくなること
で、所定の回転数に達したことを検出することもできる
。

電動機として動作している状態では、発電機巻線の負荷
が軽減され、また、回転子巻線へ供給する電流が略一定
となるので、電動機として安定した動作状態を保持する
。

（実施例）以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図は本発明に係る発電発動装置の構造を示す縦断面
図である。発電発動装置１は、分割巻構成の電動機巻線
２および発電機巻線３がほどこされた固定子鉄心４、回
転子巻線５がほどこされた回転子鉄心６、回転軸７、軸
受８，９ならびに軸受８，９を支えるブラケット１０，
１１、および、各巻線へ電力の供給等を行なう装置部分
から構成される。

本実施例では、発電発動装置１の略中央位置に固定子鉄
心４および回転子鉄心６を配置し、これら各鉄心４．６
の右側の空間に発電機として動作時に発電電圧を調節す
るための電圧調整器１２、発電出力を整流するための整
流装置１３等を実装している。そして、ブラシ１４．１
４およびスリップリング１５．１５を介して、回転子巻
線５との電気的接続を行なフている。一方、各鉄心４．
６の左側には、電動機巻線２へ電力の供給を行なうイン
バータ装置１６を備えている。

このインバータ装置１６は、回転位置検出手段１７、転
流制御手段１８、および、パワーＭＯ５ＦＥＴ（金属酸
化膜半導体電界効果トランジスタ）等の電力用スイッチ
ング素子等からなる駆動手段１９から構成される。

回転位置検出手段１７は、回転軸７の左端外周に等間隔
で配設された複数の永久磁石２０−・・と、これらの永
久磁石から生ずる磁束に感応する複数の磁気感応素子（
本実施例ではホールＩＣ）２１・・・からなる。

転流！ＩＪ＃手段１８は、回転位置検出手段１７からの
回転位置検出信号に基づいて駆動手段１９である複数の
電力用スイッチング素子のオン・オフを制御するもので
ある。この転流制御手段１８は、図においてブラケット
１１の左方に取着されたインバータ装置ケース２２の略
中央部に実装される。

駆動手段１９は、転流制御手段１８の収納部の外周側に
位置し、電力用スイッチング素子は放熱ファンを備えた
放熱ケース２３・・・内に実装されている。そして、電
力用スイッチング素子と電動機巻線２および転流制御手
段１８とは、各種端子２４・・・ならびに図示しない接
続端子・接続線で接続されている。

そして、このような配置構造を取ることにより、回転位
置検出手段１７と転流制御手段１８との接続配線距離を
短くして、磁気感応素子２１・・・の出力信号へのノイ
ズ混入等を防止している。さらに、電動機巻線２へ大電
流を供給する駆動手段１９を略筒状に配置することで、
各スイッチング素子間ならびに電動機巻線２への接続経
路・接続距離を均等にして、電流供給路のインピーダン
スをそろえている。

また、このように駆動手段１９を配置することで、回転
子鉄心６の左側面に固着したファン２５ａの回転により
、インバータ装置ケース２２の左側面に設けた電動機用
冷却風取入口２２ａ・・・から冷却風を取り込み、ブラ
ケット１１に設けた排風口２６から外部へ排出させるこ
とで、駆動手段１９を効果的に、かつ、均一に冷却可能
な構造としている。

同様に、回転子鉄心６の右側のファン２５ｂと、ブラケ
ット１０の右側面ならびに外周部に設けた発電機側冷却
風取入口１０ａ・・・および排風口２６とで、電圧調整
装置１２および整流装置１３を強制空冷する構造として
いる。

ブラケット１０より外方へ突出した回転軸７の軸端部に
は、動力伝達機構２７が取着される。本実施例の動力伝
達機構はプーリ２７ａとベルト２７ｂであり、ベルト２
７ｂを介して図示しないエンジンのクランク軸と連結さ
れる。そして、エンジン始動時には、発電発動機１を発
動機（モータ）として動作させ、エンジンスタート後は
エンジンより動力を受けて発電を行なうよう構成されて
いる。なお、動力伝達機構２７はギヤ機構で、例えばエ
ンジンのフライホイールと直接噛合する構造であっても
よい。

第２図は発電発動装置の構成を示すシステム構成図であ
る。

発電発動装置１は、電源である電池３１、発電機モード
と電動機モードの切替えを行なうコンビネーションスイ
ッチ３２、電動機部３３および発電機部３４からなる。

電動機部３３は、インバータ装置１６、所定回転数検出
手段３５および電動機巻線２（２ａ。

２ｂ）から構成される。

インバータ装置１６は、回転位置検出手段１７、転流制
御手段１８．２組の駆動手段１９Ａ、１９Ｂおよび給電
切替手段３６からなる。

回転位置検出手段１７は、回転軸７に固着された１２個
の永久磁石２０と、３個の磁気感応素子２１からなる。

永久磁石２０は３０度間隔で配置され、永久磁石２０の
半数はＮ極を、他の半数はＳ極を外周側に向けて取り着
けられている。本実施例では、磁気感応素子２１として
ホール素子を用いており、各磁気感応素子２１は１２０
度間隔で配設されている。各磁気感応素子２１の磁８ｉ
（磁束）検出出力は転流制御手段１８の回転位置検圧入
力１８ａ、１８ｂ、１８ｃへ接続されている。

転流制御手段１８は、回転位置検出手段１７の位置検出
信号に基づいて、第１および第２の駆動手段１９Ａ、１
９Ｂを介して電動機巻線２Ａ。

２Ｂへ給電するタイミングを制御する制御出力１８ｄ〜
１８１を発生するためのものである。

駆動手段１９Ａ、１９Ｂは、６個の電力用スイッチング
素子３７を三相ブリッジ接続したものである。本実施例
では、電力用スイッチング素子３７として、Ｎチャンネ
ル型パワーＭＯ５ＦＥＴ（金属酸化膜半導体電界効果ト
ランジスタ）を用いている。駆動手段１９Ａ、１９Ｂの
具体的回路構成は後述する。第１の駆動手段１９Ａの出
力端子１９ａ、１９ｂ、１９ｃは、スター結線された第
１の電動機巻線２Ａの各相へ接続され、同様に、駆動手
段１９Ｂの各出力端子１９ａ、１９ｂ。

１９ｃは、第２の電動機巻線２Ｂへ接続されている。

転流制御手段１８の出力１８ｄ〜１８ｉは第１の駆動手
段１９Ａの各入力端子１９ｄ〜１９ｉへ接続されるとと
もに、第２の駆動手段１９Ｂへは給電切替手段３６を介
して接続される。

この給電切替手段３６は、制御入力端子３６ａがＨレベ
ルの時は、転流制御手段１８の出力１８ｄ〜１８ｉを第
二の駆動手段１９Ｂの各入力端子１９ｄ〜１９ｉへ伝達
し、制御入力端子３５ａがＬレベルの時は非伝達状態と
するもので、一種のアンド回路もしくは固体リレー回路
で構成されている。

所定回転数検出手段３５は、所定の時間ゲート回路３５
ａを開く信号を発生するゲート信号発生回路３５ｂと、
ゲート回路３５ａを通過した回転位置検出信号１８ｃを
計数する計数回路３５ｃと、計数回路３５ｃの計数結果
に基づいて回転軸７の回転数が予め設定された値以上で
ある時にＨレベルの判定出力を発生する判定回路３５ｄ
と、判定回路３５ｄの判定出力によりセットされるフリ
ップフロップ３５ｅと、コンビネーションスイッチ３２
が電動機モード（Ｓ７位置）へ切替えられた時に、フリ
ップフロップ３５ｅをリセットする信号を発生するパワ
ーオンリセット回路（ＦＯＲ）３５ｆより構成されてい
る。ゲート信号発生回路３５ｂは、ゲート回路３５ａを
開く直前のタイミングで計数回路３５ｃ内のカウンタ等
をリセットする信号３５ｇを発生するよう構成されてい
る。したがフて、この所定回転数検出手段は、回転位置
検出手段１７の３種類の検出信号のうちいずれか１つを
使用して、回転軸７の回転数を所定の周期で計数し、回
転軸７の回転数が予め設定した回転数を超えると、出力
端子３５ｈにＨレベルの判定出力信号を出力する。この
判定出力信号３５ｈは、給電切替手段３６の制御入力端
子３６ａに印加されている。

次に発電機部３４の構成を説明する。

発電機部３４は、三相スター結線された発電機巻線３、
回転子巻線５、電圧調整器１２、整流装置１３、および
、発電機巻線３に発生した起電圧が負荷へ供給されるの
を遮断する遮断手段ならびに回転子巻線５へ所定の電流
が供給されるよう制御する回転子巻線通電制御手段を構
成するリレー回路３８から構成されている。

電圧調整器】２は、回転子巻線５の通電制御を行なうト
ランジスタ１２ａと、ベース抵抗１２ｂを備え、コンビ
ネーションスイッチ３２を介して端子１２ｃに電池３１
の十電源が印加されるとトランジスタ１２ａがオン状態
となるよう構成されている。、端子１２ｃとトランジス
タ１２ａのコレクト間には、トランジスタ１２ａがオフ
状態になる時に回転子巻線５に発生するサージを吸収す
るためのダイオード１２ｄが接続されている。また、ト
ランジスタ１２ａのベースは、トランジスタ１２ｅのコ
レクタに接続され、端子１２ｆに印加される電圧が所定
の電圧値以上の場合は、抵抗１２ｇ、１２ｈで分圧され
た電圧によりツェナーダイオード１２ｉを介してトラン
ジスタ１２ｅにベース電流が供給され、トランジスタ１
２ｅがオンとなり、トランジスタ１２ａがオフ状態とな
るように構成されている。そして、このトランジスタ１
２ａのオン・オフにより回転子巻線５への通電が制御さ
れ、発電機巻線３に発生する起電圧が調節される。この
ため、端子１２ｆには、リレー３８ａの接点３８ｂおよ
び整流用ダイオード１３ａ、１３ｂ、１３ｃを介して、
発電機巻線３に発生した起電圧を印加する構成としてい
る。

整流装置１３は、前述の整流用ダイオード１３ａ、１３
ｂ、１３ｃ以外に、三相ブリッジ整流接続された６個の
ダイオード１３ｄ〜１３ｉを備え、ダイオード１３ｇ〜
１３ｉのアノードは電池のマイナス側端子へ接続され、
ダイオード１３ｄ〜１３ｆのカソードは、リレー３８ａ
の接点３８ｃを介して電池３１を充電する構成としてい
る。

リレー回路３８は、２組のブレーク接点３８ｂ、３８ｃ
を有するリレー３８ａと、リレー３８ａの巻線３８ｄの
通電をオン・オフするトランジスタ３８ｅおよびベース
抵抗３８ｆ１ベースエミツタ間のプルダウン用抵抗３８
ｇからなり、コンビネーションスイッチ３２が発電機モ
ード（ＳＴ位置）にあるときは、ベース抵抗３８ｆを介
してトランジスタ３８ｅをオン状態とし、リレー３８ａ
が動作して、その接点３８ｂ、３８ｃが開状態となるよ
う構成されている。

第３図は、駆動手段１９Ａ、１９Ｂの具体的構成を示す
回路である。

各駆動手段１９Ａ、１９Ｂは３組の直列２段（トーテム
ポール）接続されたパワーＭＯ５ＦＥＴＱ１〜Ｑ６によ
り構成されており、各ＦＥＴＱＩ〜Ｑ６は転流制御手段
１８のゲート制御出力１８ｄ〜１８ｉに基づいて周期的
にオン・オフされて、電動機巻線２へ回転子巻線５に発
生する磁極より所定の電気角進相させた階段状三相交流
電流を供給して回転子鉄心６を回転させるよう構成して
いる。

なお、各ＦＥＴ　Ｑ　１〜Ｑ６のドレイン・ソース間に
逆並列に接続されたダイオードＤ１〜Ｄ６はサージ吸収
用のダイオードである。

次に、本発電発動機１の動作について説明する。

コンビネーションスイッチ３２が電動機モード（ＳＴ位
置）に設定された状態では、転流制御手段１８、所定回
転数検出手段３５、給電切替手段３６等へ電池３１の電
源が印加される。転流制御手段１８は、回転位置検出手
段１７の位置検出出力１８ａ〜１８ｃに基づいて回転軸
７の回転角度を検出し、前述したゲート制御出力を端子
１８ｄ〜１８ｉに出力する。これにより、第１の駆動手
段１９Ａを介して、第１の電動機巻線２Ａへ給電が開始
され、回転軸７の回転が始まる。回転軸７の回転数は、
所定回転数検出手段３５で検出され、回転数が所定回転
数以上に達すると、給電切替手段３６を導通状態にして
、第二の駆動手段１９Ｂを動作させ、第２の電動機巻線
２Ｂへの給電が開示される。これにより、電動機巻線２
（２Ａ、２Ｂ）へは所定の電力が供給され、回転軸７の
回転数・トルクは増大する。よって、動力伝達機構３１
を介して、図示しないエンジンの始動等を行なうことが
できる。

なお、この電動機としての動作状態では、リレー３８ａ
が動作して、その接点３８ｂ、３８ｃが開状態となり、
発電機巻線３が回転の負荷とならないよう、また、回転
子巻線５への給電が断とならないよう制御される。

コンビネーションスイッチ３２が発電機モード（１０位
置）に設定され、図示しないエンジン等の動力によって
回転軸７が回転駆動されている発電状態では、発電機巻
線３に発生した起電力により、電池３１への充電ならび
に図示しないその他の負荷への給電が行なわれるととも
に、回転軸７の回転数が増加し所定値以上の発電出力が
得られる場合は電圧調整器１２が動作して発電出力電圧
の調節を行なう。

第４図は本発明の他の実施例に係る発電発動装置の構成
を示すシステム構成図である。

本実施例の発電発動装置５０の基本構成は第２図に示し
た発電発動装置１と路間−であり、以下に相違点を説明
する。

電動機部５１は、１つの駆動手段１９Ｃにより、第一お
よび第二の電動機巻線２Ａ、２Ｂを駆動する構成として
いる。このため、給電切替手段５２はリレー回路で構成
し、リレー５２ａを動作させることで、各リレーの接点
５２ｂ、５２ｃ。

５２ｄが閉状態となり、第２の電動機巻線２Ｂへ電流を
供給する構成としている。リレー５２ａは、トランジス
タ５３によりオン・オフされる。

トランジスタ５３のベースはベース抵抗５４を介して、
電圧検出型の所定回転数検出手段５４の出力端子５４ａ
へ接続されている。

この所定回転数検出手段５４は、発電機巻線３に発生す
る起電圧を、抵抗５４ｂ、５４ｃおよびコンデンサ５４
ｄからなる時定数回路を介して、電圧比較器５４ｅの比
較入力端子に入力し、定電圧回路５４ｆにより発生され
た基準電圧と比較して、比較入力端子の電圧が基準電圧
より高い場合は、電圧比較器５４ｅの出力によりフリッ
プフロップ３５ｅをセットし、出力端子５４ａへＨレベ
ルの出力を発生させるものである。

また、発電機部５５は、コンビネーションスイッチ３２
が電動機モード（３７位置）に設定されている場合は、
ベース抵抗５６を介してベース電流が供給されてオン状
態となるトランジスタ５７を備えている。本実施例では
、このトランジスタ５７とベース電流供給回路とで回転
子巻線通電制御手段を構成している。

以上の構成であるから、本発電発動装置５０を電動機モ
ードとして動作させた場合は、まず第１の電動機巻線へ
通電され、回転軸７の回転が開始し、その回転数の上昇
に伴ない発電機巻線３に発生する起電圧が大きくなり、
これが所定の回転数に対応する電圧値以上になると、電
圧検出型の所定回転数検出手段５４の出力５４ａにより
リレー５２ａが動作し、第２の電動機巻線２Ｂへ電流が
供給される。

また、電動機としての動作状態では、トランジスタ５７
がオン状態を保持するので回転子巻線５の電流が断とな
ることはない。

発電機としての動作は第２図の実施例と同一であるので
説明を省略する。

（発明の効果）以上詳細に説明したように、本発明に係る発電発動装置
は、電動機巻線を二分割し、一方の巻線のみで始動させ
た後両方の巻線へ通電する構成とし、始動時の電動機巻
線の抵抗値を定常回転時より大きな値としたので、電動
機始動時のラッシュカレントを抑圧することができ、駆
動手段であるパワースイッチング素子に要求される最大
定格を低減し、もって、装置の小形化・低価格を図るこ
とができる。

また、分割巻線始動状態から両巻線への導電状態への切
替えは、インバータ装置の転流タイミング信号を得るた
めの回転位置検出手段を兼用し、もしくは発電機巻線に
発生した起電圧を基に回転数を検出する構成としたので
、新たの検出手段が不要であり、装置の小形化・低価格
化に寄与することができる。

さらに、発動機としての動作状態において、発電機側か
らの影響を除去するために充電電流の遮断手段ならびに
回転子巻線通電制御手段を設けたので、発動機として良
好の特性を発揮することができるとともに、発電モード
においては、発電機としての動作を良好に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る発電発動装置の構造を示す縦断面
図、第２図は同装置の構成を示すシステム構成図、第３
図は駆動手段の具体的構成を示す回路図、第４図は本発
明の他の実施例に係る発電発動装置のシステム構成図で
ある。なお、図面中、１．５０は発電発動装置、２（２Ａ、２
Ｂ）は電動機巻線、３は発電機巻線、４は固定子鉄心、
５は回転子巻線、６は回転子鉄心、７は回転軸、１２は
電圧調整器、１３は整流装置、１６はインバータ装置、
１７は回転位置検出手段、１８は転流制御手段、１９．
１９Ａ。１９Ｂ、１９Ｃは駆動手段、２０は永久磁石、２１は磁
気感応素子、３５は所定回転数検出手段、３６．５２は
給電切替手段、３８は遮断手段・回転子巻線通電制御手
段を構成するリレー回路、５４は電圧検出型の所定回転
数検出手段、５７は回転子巻線通電制御手段を構成する
トランジスタである。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）固定子鉄心に電動機巻線と発電機巻線を有し、回
転子巻線による磁束を電動機と発電機に共有し、電動機
として動作させる場合は、直流電源をインバータ装置を
介して電動機巻線へ給電し、発電機として動作させる場
合は、回転子巻線へ供給する電流を制御して発電電圧の
調節を行なう電圧調整器を備えた発電発動装置において
、電動機巻線を第１および第２の電動機巻線に分割する
とともに、電動機始動時は第１または第２の電動機巻線
のいずれか一方にのみ給電し、発電発動機が所定回転数
以上になったことを検出する検出手段の出力に基づいて
、第１および第２の電動機巻線の両方へ通電する給電切
替手段を設けたことを特徴とする発電発動装置。
（２）所定回転数以上になったことを検出する検出手段
は、インバータ装置の転流タイミング信号を得るために
設けられた回転位置検出手段の出力信号を所定の時間計
数する計数手段と、この計数手段の計数結果に基づいて
所定の回転数以上であることを判定する判定手段とから
なることを特徴とする請求項１記載の発電発動装置。
（３）回転位置検出手段は、発電発動機の回転軸の軸端
外周に配設された複数の永久磁石と、これらの永久磁石
と離間して円周状に等間隔に配置され永久磁石から生ず
る磁束に感応する複数の磁気感応素子よりなることを特
徴とする請求項２記載の発電発動装置。
（４）所定回転数以上になったことを検出する手段は、
発電機巻線に発生した起電圧を入力として、所定のしき
い値電圧と比較を行なう比較手段からなることを特徴と
する請求項１記載の発電発動装置。
（５）インバータ装置を介して電動機巻線へ給電してい
る間は、発電機巻線に発生した起電圧が負荷へ供給させ
るのを遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする請求
項１記載の発電発動装置。
（６）インバータ装置を介して電動機巻線へ給電してい
る間は、回転子巻線へ供給する電流を制御して発電電圧
の調整を行なう電圧調整器の調節機能を非動作状態とし
、回転子巻線へ所定の電流を供給する回転子巻線通電制
御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の発電発
動装置。