KR20070070059A

KR20070070059A - 회전 전기 시스템

Info

Publication number: KR20070070059A
Application number: KR1020060116704A
Authority: KR
Inventors: 다케시 야나기사와; 히로유키 나카지마
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-11-24
Publication date: 2007-07-03
Also published as: TWI320823B; EP1804373A1; ES2344573T3; BRPI0605520B1; TW200732553A; EP1804373B1; KR100839883B1; JP4851184B2; JP2007181364A; MXPA06014370A; BRPI0605520A; CN1992469B; CN1992469A; MY145284A

Abstract

본 발명은 회전 전기(電機)를 모터로서 이용할 때의 구동력과 발전기로서 이용할 때의 발전량이 각각 적정해지도록 전환하는 것을 목적으로 한다. 회전 전기 시스템을 간편하게 구성한다.

회전 전기 시스템(10)은 일단이 입출력부(164U∼164W)로서 접속된 스테이터 코일(163a∼163c)로 구성되고, 각 상마다 2개의 스테이터 코일의 타단을 상호 단락 및 개방시키는 릴레이(162)와, 입출력부 및 릴레이(162)의 조작부(162a)에 접속된 ECU(100)를 갖는다. ECU(100)는 외측 로터(72)를 회전시킬 때에는 조작부(162a)를 통해 접점(161a∼161c)을 단락시키는 동시에 입출력부에 전력을 공급한다. ECU(100)는 발전을 할 때에는 조작부(162a)를 통해 접점(161a)을 개방시키는 동시에 입출력부로부터 얻어지는 전력을 부하 또는 배터리(97)에 공급한다.

Description

회전 전기 시스템{SYSTEM OF ROTARY ELECTRIC MACHINE}

도 1은 자동 이륜차의 측면도.

도 2는 스윙 유닛의 단면 평면도.

도 3은 스윙 유닛의 일부 확대 단면 평면도.

도 4는 자동 이륜차에 있어서 전기 회로의 블록 구성도.

도 5는 본 실시 형태에 따른 회전 전기 시스템의 블록 구성도.

도 6은 회전 전기 시스템의 동작 수단을 도시한 흐름도.

도 7은 제1 변형예에 따른 릴레이 및 그 결선을 도시한 도면.

도 8은 제2 변형예에 따른 릴레이 및 그 결선을 도시한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 회전 전기 시스템 11: 차량

40: 엔진 70: ACG 스타터(회전 전기)

72: 외측 로터 74: 스테이터

97: 배터리 100: ECU

102: 전파 정류 브릿지 회로 102b: 반도체 스위칭 소자

108: 스타터 스위치 114: 점화 억제 제어부

116: 전압 감시부 153: 알람 인디케이터

160: 결선부

161a∼161c, 206a, 206b, 212a, 212b, 214a, 214b: 접점

162, 202, 204, 210: 릴레이 162a, 209, 220: 조작부

162b, 208, 216, 218: 스위치부

163a∼163c: 스테이터 코일 164U∼164W: 입출력부

165U∼165W: 중성점 형성선 200: 릴레이쌍

O1: 제1 중성점 O2: 제2 중성점

본 발명은, 차재 등의 용도에 이용되는 회전 전기(電機) 시스템에 관한 것이며, 특히, 스타터 및 발전기에 겸용으로서 적합하게 이용되는 회전 전기 시스템에 관한 것이다.

차량용의 주된 회전 전기로서는, 엔진을 시동하기 위한 스타터와, 엔진 회전에 의해 발전을 행하는 발전기를 들 수 있다. 또한, 이들 스타터와 발전기가 겸용으로 된 ACG 스타터도 개발되어 있으며, 비용의 저렴화, 경량화 및 탑재 스페이스의 유효 이용이 도모되고 있다.

이와 같은 ACG 스타터에 있어서, 필요로 되는 회전 구동력은 적용하는 엔진의 크기에 기초하여 설정된다. 이것에 대하여, 필요로 되는 발전 용량은 차재 부하나 배터리 용량에 기초하여 설정되기 때문에, 회전 구동력과 발전 용량이 일치하지 않는 경우도 있다. 특히, 대형 엔진을 탑재하는 차량에서는 필요한 발전 용량과 비교하여 회전 구동력이 과대한 경우가 있으며, 회전 구동력에 적당한 결선 구성으로 발전을 행하면, 배터리에 대한 과충전 등의 문제가 발생할 우려가 있다.

여기서, 일본 특허 문헌 1에 기재된 시동 발전기에서는, 엔진 시동시에는 4조의 Y 결선부에 의해 크랭크샤프트를 회전시키고, 엔진 시동 후에는 1조의 Y 결선부에 의해 발전을 행하도록 상(相)마다 설치된 릴레이를 조작하며, 엔진 시동에 필요한 모터 성능을 확보하는 동시에, 과잉 충전의 방지를 양립시키고 있다.

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2003-83209호 공보

그런데, 상기 특허 문헌 1에 기재된 시동 발전기에서는 적어도 2상에 대응한 개별 릴레이가 필요하여, 릴레이마다 독립된 접점을 가지고 있어야 하고, 부품 개수가 많아서, 구성이 복잡하다.

본 발명은 이러한 과제를 고려하여 이루어진 것으로, 모터로서 이용할 때의 구동력과, 발전기로서 이용할 때의 발전량이 각각 적정해지도록 전환되고, 게다가 간편한 구성의 회전 전기 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[과제를 해결하기 위한 수단]

본 발명에 따른 회전 전기 시스템은, 로터와 스테이터를 구비하는 회전 전기와, 각 상마다 일단이 입출력부로서 접속된 복수의 코일로 구성되고, 상기 스테이터에 설치된 결선부와, 각 상마다의 상기 복수의 코일 일부의 개폐에 의해 상호 단락 및 개방시키는 릴레이와, 상기 입출력부 및 상기 릴레이의 조작부에 접속된 제 어부를 갖고, 상기 제어부는 상기 로터를 회전시킬 때에는 상기 릴레이의 접점을 단락시키는 동시에 상기 입출력부에 전력을 공급하고, 상기 로터의 회전에 의해 발전을 할 때에는 상기 릴레이의 접점을 개방시키는 동시에 상기 입출력부로부터 얻어지는 전력을 소정 부하 또는 축전부에 공급하는 것을 제1 특징으로 한다.

상기 결선부는 3상으로서, 상기 릴레이는 제1 스위치부 및 제2 스위치부를 갖고, 상기 결선부의 제1 상의 소정수의 상기 코일의 타단은 상기 제1 스위치부 및 상기 제2 스위치부의 한쪽 단자에 접속되며, 상기 결선부의 제2 상의 소정수의 상기코일의 타단은 상기 제1 스위치부의 다른 쪽 단자에 접속되며, 상기 결선부의 제3상의 소정수의 상기 코일의 타단은 상기 제2 스위치부의 다른 쪽 단자에 접속되어 있는 것을 제2 특징으로 한다.

상기 제어부는 상기 제1 스위치부 및 상기 제2 스위치부를 동기하여 단락 및 개방 동작시키는 것을 제3 특징으로 한다. 상기 제어부는 상기 릴레이에 접속되는 상기 코일 타단의 각 전압을 계측하고, 전위차에 기초하여 소정의 경보 신호를 출력하는 것을 제4 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 회전 전기 시스템에 대해서 실시 형태를 예로 들어, 첨부한 도 1∼도 8을 참조하면서 설명한다. 본 실시 형태에 따른 회전 전기 시스템(10)은 도 1에 도시하는 차량(11)에 탑재되어 있다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 차량(11)은 스쿠터식 자동 이륜차로서, 차체 전방에 전륜(WF)을 피봇 지지하는 프론트 포크(12)를 갖고, 상기 프론트 포크(12)는 헤드 파이프(14)를 통해 핸들(16)의 조작에 의해 조타(操舵)된다. 핸들(16)에 있어서의 우측 그립부는 회전 가능한 액셀레이터로 되어 있다.

헤드 파이프(14)에는 후방, 또한 하측을 향하여 다운 파이프(18)가 부착되어 있으며, 상기 다운 파이프(18)의 하단에는 중간 프레임(20)이 대략 수평으로 연장 설치되어 있다. 중간 프레임(20)의 후단에는 후방, 또한 상측을 향하여 후방부 프레임(22)이 설치되어 있다.

중간 프레임(20)의 후단부에는 동력원을 포함하는 스윙 유닛(24)의 일부가 접속되어 있으며, 상기 스윙 유닛(24)은 그 후방의 단부측에 구동륜인 후륜(WR)이 회전 가능하게 부착되는 동시에, 후방부 프레임(22)에 부착된 리어 서스펜션(25)에 의해 매달려져 있다.

다운 파이프(18), 중간 프레임(20) 및 후방부 프레임(22)의 외주는 차체 커버(26)로 덮여져 있으며, 상기 커버(26)의 후방 상부에는 탑승자가 착석하는 시트(28)가 고정되어 있다. 상기 시트(28)와 다운 파이프(18)와의 사이에 있어서의 중간 프레임(20)의 상부에는 탑승자가 발을 놓는 스텝 플로어(30)가 설치되어 있다.

차량(11)은 정지시에 엔진(40)을 자동 정지시키고, 그 후, 쓰로틀 그립이 개방되거나 혹은 스타터 스위치가 온 조작되는 등의 발진 조작이 이루어지면, 스타터 모터를 자동적으로 구동시켜 엔진을 재시동시키는 엔진 자동 정지 시동(스톱 ＆ 고) 기능을 갖는다.

스윙 유닛(24)에는 그 전방부에 단기통으로 4 사이클의 엔진(40)이 탑재되어 있다. 이 엔진(4O)으로부터 후방에 걸쳐서 벨트식 무단 변속기(44)가 구성되고, 그 후방부에 원심 클러치를 통해 설치된 감속 기구(45)에 후륜(RW)이 피봇 지지되어 있다. 이 감속 기구(45)의 상단과 후방부 프레임(22)의 상부 굴곡부와의 사이에는 리어 서스펜션(25)이 끼워 장착되어 있다. 스윙 유닛(24)의 전방부에는 엔진(40)으로부터 연장되어 나온 흡기관에 접속된 기화기 및 이 기화기에 연결되는 에어 클리너가 배치되어 있다.

도 2는 상기 스윙 유닛(24)을 크랭크샤프트(52)를 따라 절단한 단면도, 도 3은 그 일부 확대 단면 평면도이며, 상기와 동일한 부호는 동일 또는 동등 부분을 나타내고 있다.

스윙 유닛(24)은 행거 브래킷(19a)에 대하여 소정의 링크 부재를 매개로 요동 가능하게 연결 지지되어 있다. 스윙 유닛(24)은 좌우의 크랭크 케이스(54L, 54R)를 합체하여 구성되는 크랭크 케이스(54)로 덮여지고, 크랭크샤프트(52)는 우측 크랭크 케이스(54R)에 고정된 베어링(56)에 의해 회전 가능하게 지지되어 있다. 크랭크샤프트(52)에는 크랭크핀(58)을 통해 콘 로드(도시하지 않음)가 연결되어 있다.

좌측 크랭크 케이스(54L)는 벨트식 무단 변속실 케이스를 겸하고 있으며, 좌측 크랭크 케이스(54L)까지 연장된 크랭크샤프트(52)에는 밸트 구동 풀리(60)가 회전 가능하게 설치되어 있다. 밸트 구동 풀리(60)는 고정측 풀리 반체(60L)와 가동측 풀리 반체(60R)로 이루어지며, 고정측 풀리 반체(60L)는 크랭크샤프트(52)의 좌단부에 보스(62)를 통해 고착되고, 그 우측에 가동측 풀리 반체(60R)가 크랭크샤프 트(52)에 스플라인으로 끼워 맞춰지고, 고정측 풀리 반체(60L)에 접근·이반할 수 있다. 양 풀리 반체(60L, 60R) 사이에는 V 벨트(64)가 감겨져 있다.

가동측 풀리 반체(60R)의 우측에서는 캠플레이트(66)가 크랭크샤프트(52)에 고착되어 있으며, 그 외주단에 설치한 슬라이드 피스(66a)가 가동측 풀리 반체(60R)의 외주단에서 축 방향으로 형성한 캠플레이트 미끄럼 이동 보스부(60Ra)에 미끄럼 이동 가능하게 결합하고 있다. 캠플레이트(66)는 외주 둘레가 캠플레이트(66)측으로 경사진 테이퍼면을 갖고 있으며, 상기 테이퍼면과 가동측 풀리 반체(60R) 사이의 비어있는 곳에 드라이 웨이트 볼(68)이 수용되어 있다.

크랭크샤프트(52)의 회전 속도가 증가하면, 가동측 풀리 반체(60R)와 캠플레이트(66) 사이에 있어서 함께 회전하는 상기 드라이 웨이트 볼(68)이 원심력에 의해 원심 방향으로 이동하고, 가동측 풀리 반체(60R)는 드라이 웨이트 볼(68)에 가압되어 좌측으로 이동하여 고정측 풀리 반체(60L)에 접근한다. 그 결과, 양 풀리 반체(60L, 60R) 사이에 끼워진 V 벨트(64)는 원심 방향으로 이동하고, 그 권취 직경이 커진다.

차량의 후방부에는 상기 밸트 구동 풀리(60)에 대응하는 피동 풀리(도시하지 않음)가 설치되고, V 벨트(64)는 이 피동 풀리에 감겨져 있다. 이 벨트 전달 기구에 의해, 엔진(4O)의 동력은 자동 조정되어 원심 클러치에 전달되며, 상기 감속 기구(45) 등을 통해 후륜(RW)을 구동한다.

우측 크랭크 케이스(54R) 내에는 스타터 모터와 AC 제네레이터를 조합한 ACG스타터(회전 전기)(70)가 배치되어 있다. ACG 스타터(70)는 크랭크샤프트(52)의 한 쪽 단부를 둘러싸도록 설치된 스테이터(74)와, 상기 스테이터(74)를 둘러싸도록 설치된 외측 로터(72)를 갖는 회전 전기이다. 스테이터(74)는 크랭크 케이스(54)에 고정되어 있으며, 외측 로터(72)는 크랭크샤프트(52)의 선단 테이퍼부에 고정되어 있다.

외측 로터(72)의 내주면에는 등간격으로 복수의 자석(72a)이 설치되어 있으며, 스테이터(74)가 발생하는 자력에 의해 회전하고, ACG 스타터(70)는 스타터 모터로서도 작용한다. 또한, 외측 로터(72)는 크랭크샤프트(52)와 함께 회전하여 스테이터(74)에 대하여 변화하는 자속을 부여하여 발전시킬 수 있고, ACG 스타터(70)는 AC 제네레이터로서 작용한다.

외측 로터(72)에는 볼트에 의해 고정된 팬(80)이 설치된다. 팬(80)에 인접하여 라디에이터(82)가 설치되고, 라디에이터(82)는 팬 커버(84)에 의해 덮여진다.

도 3에 확대하여 도시한 바와 같이, 스테이터(74)의 내주에는 센서 케이스(86)가 끼워 넣어져 있다. 이 센서 케이스(86) 내에는 외측 로터(72)의 보스(72b)의 외주를 따라 등간격으로 로터 각도 센서(자극 센서)(88) 및 펄서 센서(점화 펄서)(90)가 설치되어 있다. 로터 각도 센서(88)는 ACG 스타터(70)의 스테이터 코일(163a∼163c)에 대한 통전 제어를 행하기 위한 것이며, ACG 스타터(70)의 U 상, V 상, W 상의 각각에 대응하여 하나씩 설치된다. 점화 펄서(90)는 엔진의 점화 제어를 위한 것이며, 하나만 설치된다. 로터 각도 센서(88) 및 점화 펄서(90)는 모두 홀 IC 또는 자기 저항(MR) 소자로 구성할 수 있다.

로터 각도 센서(88) 및 점화 펄서(90)의 리드선은 기판(92)에 접속되고, 또 한, 기판(92)에는 와이어 하니스(94)가 결합된다. 외측 로터(72)의 보스(72b)의 외주에는 로터 각도 센서(88) 및 점화 펄서(90)의 각각에 자기 작용이 미치도록 2단 착자된 자석링(96)이 끼워 넣어진다.

로터 각도 센서(88)에 대응하는 자석링(96)의 한쪽 착자띠에는 스테이터(74)의 자극에 대응하여, 원주 방향으로 30° 폭 간격으로 교대로 배열된 N 극과 S 극이 형성되고, 점화 펄서(90)에 대응하는 자석링(96)의 다른 쪽의 자기띠에는 원주 방향의 1 개소에 15° 내지 40°의 범위로 착자부가 형성된다.

상기 ACG 스타터(70)는 엔진 시동시에는 스타터 모터(동기 모터)로서 기능하고, 배터리(축전부, 도 4 참조)(97)로부터 공급되는 전류로 구동되어 크랭크샤프트(52)를 회동시켜 엔진(40)을 시동시킨다. 엔진 시동 후는 동기 발전기로서 기능하고, 발전한 전류로 배터리(97)를 충전하며, 또한 각 전장부에 전류를 공급한다.

도 2로 되돌아가서 크랭크샤프트(52) 상에는 상기 ACG 스타터(70)와 베어링(56) 사이에 스프로켓(98)이 고정되어 있으며, 이 스프로켓(98)에는 크랭크샤프트(52)로부터 캠샤프트(도시하지 않음)를 구동하기 위한 체인이 감겨져 있다. 또한, 상기 스포로켓(98)은 윤활 오일을 순환시키는 펌프에 동력을 전달하기 위한 기어(99)와 일체적으로 형성되어 있다.

도 4에 도시하는 바와 같이, ECU(100)는 ACG 스타터(70)가 발전한 3상 교류를 전파 정류하는 전파 정류 브릿지 회로(102)와, 전파 정류 브릿지 회로(102)의 출력을 예정 레귤레이트 전압(예컨대, 14.5 V)으로 제한하는 레귤레이터(104)와, 차량이 정지하면 엔진을 자동 정지시키고, 소정의 발진 조건이 성립하면 엔진을 자 동적으로 재시동하는 스톱 & 고 제어부(106)를 갖는다. 또한 ECU(100)는 스타터 스위치(108)에 의한 엔진 시동시에 크랭크샤프트(52)를 소정의 위치까지 역회전시키고, 그 후, 정회전시키는 시동시 역회전 제어부(110)와, 스톱 & 고 제어에 의한 엔진 자동 정지 후에, 크랭크샤프트(52)를 소정의 위치까지 역회전시키는 정지시 역전 제어부(112)와, 점화 억제 제어부(114)와, 중성점 형성선(165U∼165W)의 전압을 감시하는 전압 감시부(116)와, 릴레이(162)의 조작부(162a)를 통해 개폐 동작시키는 릴레이 제어부(118)를 갖는다. 릴레이 제어부(118)는 외측 로터(72) 및 크랭크샤프트(52)를 회전시킬 때에는 조작부(162a)를 통해 릴레이(162)의 스위치부(162b)를 구동하여 접점(161a, 161b, 161c)을 단락시키고, 크랭크샤프트(52)의 회전에 의해 발전을 할 때에는 스위치부(162b)의 접점(161a, 161b, 161c)을 개방시킨다. 점화 억제 제어부(114)는 엔진(40) 시동시의 점화 타이밍에 소정 횟수만큼 실화시키는 기능과, 엔진(40)의 회전수(N)를 소정값으로 제한하는 기능을 갖는다.

전파 정류 브릿지 회로(102)는 드라이버(102a)와, 상기 드라이버(102a)의 작용하에 개폐 동작하는 6개의 반도체 스위칭 소자(102b)를 갖는 브릿지 회로이다. 전파 정류 브릿지 회로(102)에 의하면, 결선부(160)에서 발전한 전력을 직류로 변환하여 소정 부하에 공급하고, 또는 배터리(97)에 충전할 수 있는 동시에, 배터리(97)의 전력을 교류로 변환하여 결선부(160)에 공급함으로써, 외측 로터(72) 및 크랭크샤프트(52)를 회전시킬 수 있다. 반도체 스위칭 소자(102b)로서는, 예컨대 FET(Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor) 또는 사이리스터 등을 들 수 있다.

ECU(100)에는 점화 코일(117)이 접속되고, 상기 점화 코일(117)의 2차측에는 점화 플러그(119)가 접속되어 있다. 또한, ECU(100)에는 쓰로틀 센서(130), 퓨엘 센서(132), 안착 스위치(134), 아이들 스위치(136), 냉각 수온 센서(138), 쓰로틀 스위치(140), 알람 부저(142), 로터 각도 센서(88) 및 점화 펄서(90)가 접속되고, 각 부로부터의 검출 신호가 ECU(100)에 입력된다.

또한, ECU(100)에는 스타터 릴레이(144), 스타터 스위치(108), 전륜 스톱 스위치(146), 후륜 스톱 스위치(147), 스탠바이 인디케이터(150), 퓨엘 인디케이터(152), 알람 인디케이터(153), 스피드 센서(154), 오토바이스터(156) 및 전조등(58)이 접속되어 있다. 전조등(158)에는 디머 스위치(159)가 설치되어 있다. 또한, ACG 스타터(70)의 스테이터 코일의 단자는 릴레이(162)에 접속되어 있다. 스톱 램프(148)는 전륜 스톱 스위치(146) 또는 후륜 스톱 스위치(147) 중 적어도 한쪽이 온으로 되어 있을 때에 점등하도록 접속되어 있다. ECU(100)에는 배터리(97)로부터 메인 퓨즈(166) 및 메인 스위치(167)를 통해 전력이 공급된다. 또한, 엔진(40)을 시동시킬 때에는 스타터 스위치(108)의 조작하에 스타터 릴레이(144)를 통해 전파 정류 브릿지 회로(102)에 전력이 공급된다.

도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 회전 전기 시스템(10)은 ECU(100)와, ACG 스타터(70)와, 릴레이(162)를 갖는다. 상기한 바와 같이, ACG 스타터(70)는 외측 로터(72)와, 스테이터(74)를 갖는다.

릴레이(162)는 통전에 의해 여자되는 조작부(162a)와, 상기 조작부(162a)에 의해 접점이 개폐하는 스위치부(162b)를 갖는다. 스위치부(162b)는 접점(161a, 16lb, 161c)을 갖고, 조작부(162a)에 통전하여 여자되었을 때에 각각 상호 단락하고, 비여자시에는 상호 개방되어 절연된다. 즉, 릴레이(162)는 노멀 오픈형이다.

스테이터(74)는 3상 Y 형의 결선부(160)를 갖는다. 결선부(160)는 U, V, W의 각 상이 각각 3개의 스테이터 코일(163a, 163b 및 163c)로 구성되고, 각 상마다 스테이터 코일(163a, 163b 및 163c)의 일단이 입출력부(164U, 164V, 164W)로서 접속되어 있다(첨자 U, V, W는 각 상에 대응하여 나타내고 있음. 이하, 동일). 입출력부(164U∼164W)는 전파 정류 브릿지 회로(102)에 접속되어 있다.

각 상의 스테이터 코일(163b)의 타단은 상호 접속되고 제1 중성점(O1)을 형성하고 있다. U 상의 스테이터 코일(163a 및 163c)의 타단은 상호 접속된 중성점 형성선(165U)으로 되어 있으며, 릴레이(162)의 접점(161a)에 접속되어 있다. V 상의 스테이터 코일(163a 및 163c)의 타단은 상호 접속된 중성점 형성선(165V)으로 되어 있으며, 릴레이(162)의 접점(161b)에 접속되어 있다. W 상의 스테이터 코일(163a 및 163c)의 타단은 상호 접속된 중성점 형성선(165W)으로 되어 있으며, 릴레이(162)의 접점(161c)에 접속되어 있다.

또한, 중성점 형성선(165U∼165W)은 전압 감시부(116)에도 접속되어 있다. 상기 전압 감시부(116)는 이들의 각 전압을 계측하고, 릴레이(162)가 오프로 되어있는 경우에, 교류의 전위차가 소정 임계치(예컨대, 5 V 정도) 이하가 되었을 때에 소정의 경보 신호를 출력한다.

다음에, 이와 같이 구성되는 차량(11)의 회전 전기 시스템(10)의 작용에 대해서 도 6을 참조하면서 설명한다.

우선, 단계 S1에 있어서, 차량(11)을 운전할 때에 운전자는 메인 스위치(167)를 온으로 하고, ECU(100)를 기동시킨다. 이 초기 상태에 있어서는 릴레이 제어부(118)는 릴레이(162)를 비여자로 하고 있으며, 스위치부(162b)의 각 접점은 개방되어 있다.

단계 S2에 있어서, 운전자는 스타터 스위치(108)를 조작하여 엔진(40)을 시동시킨다. 이 때, 릴레이 제어부(118)는 스타터 스위치(108)의 조작에 기초한 신호를 검출하여, 릴레이(162)의 조작부(162a)를 여자시키고, 스위치부(162b)의 각 접점을 단락시킨다. 이것에 의해, 각 상의 스테이터 코일(163a, 163b)의 타단은 상호 접속되어, Y 결선의 중성점을 형성한다. 이하, 이 중성점을 제2 중성점(O2)으로 하여 상기한 제1 중성점(O1)과 구별한다.

한편, 전파 정류 브릿지 회로(102)의 드라이버(102a)는 스타터 스위치(108)의 조작하에 동작하는 스타터 릴레이(144)로부터 전력을 받고, 상기 전력을 반도체 스위칭 소자(102b)를 개폐 제어하면서 교류로 변성하여 결선부(160)에 공급한다. 이것에 의해, ACG 스타터(70)는 스타터 모터로서 작용하여, 크랭크샤프트(52)를 회전시킬 수 있다.

이 때, 제2 중성점(O2)이 형성되어 있음으로써, U∼W 상은 각각 스테이터 코일(163a∼163c)이 실질적으로 병렬 접속된 구성이 되며, 각 스테이터 코일(163b)이 제1 중성점(O1)만으로 접속되어 구성되는 상태의 Y 결선과 비교하여, 약 3배의 토크를 발생할 수 있다. 이와 같이 ACG 스타터(70)는 큰 토크를 발생시킬 수 있기 때문에, 감속기를 통하지 않고 크랭크샤프트(52)를 직접적으로 회전시킬 수 있다.

크랭크샤프트(52)가 회전하는 것에 따라, 펄서 센서(90)의 신호에 기초하여 소정의 점화 타이밍에 의해 점화 플러그(119)로부터 불꽃을 발생시킨다. 연소실 내의 기화 연료는 점화에 의해 팽창하고, 콘 로드를 통해 크랭크샤프트(52)를 구동하게 되며, 엔진(40)이 시동된다.

단계 S3에 있어서, 운전자는 엔진(40)이 시동된 것을 엔진음이나, 타코미터 등으로 인식한 후, 스타터 스위치(108)를 개방한다. 릴레이 제어부(118)는 스타터 스위치(108)가 개방된 것을 검출하여, 릴레이(162)의 조작부(162a)를 비여자하고, 스위치부(162b)를 개방시킨다. 이것에 의해, 제2 중성점(O2)은 없어지며, 스테이터 코일(163a, 163c)에는 통전되지 않게 되는 한편, 제1 중성점(O1)은 존속하고 있으며, 스테이터 코일(163b)은 유효하게 Y 결선을 구성하고 있다. 또한, 릴레이(162)의 개폐 타이밍은 엔진(40)을 시동시키는 타이밍에 맞으면, 반드시 스타터 스위치(108)의 조작에 동기시킬 필요는 없고, 예컨대, 소정의 수단으로 엔진(40)이 완폭 상태로 이행한 것을 검출하였을 때에, 릴레이(162)를 개방하여도 좋다.

또한, 릴레이(162)는 노멀 오픈형이고, 게다가, 여자되는 것은 기본적으로 엔진(40)의 시동시 뿐이기 때문에, 여자 전류가 통전되는 것은 단시간이며, 릴레이(162)에서 소비되는 전력은 매우 작다.

전파 정류 브릿지 회로(102)의 드라이버(102a)는 스타터 스위치(108)가 개방된 것을 검출하고, 반도체 스위칭 소자(102b)를 제어하여 전류의 통전 방향을 전환하고, 크랭크샤프트(52) 및 외측 로터(72)의 회전에 의해 스테이터 코일(163b)에서 발전하는 교류의 전력을 직류로 변환하고, 부하에 대하여 전력을 공급하는 동시에, 메인 스위치(167) 및 퓨즈(166)를 통해 배터리(97)를 충전한다.

이와 같이, ACG 스타터(70)에 의한 발전시[즉, 엔진(40)의 시동시 이외일 때]에는, 결선부(160)는 스테이터 코일(163a 및 163c)이 무효이고, 스테이터 코일(163b)만이 발전을 하기 때문에 발전량이 억제되고, 배터리(97)에 대하여 과충전하는 경우는 없다.

단계 S4에 있어서, 엔진(40)이 시동하여 릴레이(162)가 개방된 것을 조건으로 하여 전압 감시부(116)가 동작을 개시한다. 전압 감시부(116)는 중성점 형성선(165U∼165W)에 발생하는 교류 전압(예컨대, 실효값이나 최대값)을 계측하고, 각 단자간의 전위차가 소정 임계치 이하가 되었을 때에 경보 신호를 출력한다. 상기 경보 신호의 출력에 기초하여, 알람 인디케이터(153)를 점등시키는 동시에, 알람 부저(142)를 울려 운전자에게 주의 환기를 행한다.

상기한 바와 같이, 발전시에는 결선부(160)의 발전량을 억제시키기 위해 스위치부(162b)는 오프가 되도록 제어하고 있지만, 예측할 수 없는 사태에 의해, 조작부(162a)를 비여자로 하여도 스위치부(162b)가 단락된 상태로 되어 있을 때에는, 중성점 형성선(165U, 165V, 165W) 사이의 전위차는 0 또는 미소값이 된다. 따라서, 전압 감시부(116)의 작용하에 이러한 상태를 검출하고, 경보 신호를 출력함으로써 운전자에게 주의 환기를 할 수 있다.

또한, 경보 신호를 점화 억제 제어부(114)에도 공급하여, 소정의 타이머와 연동시켜 엔진(40)의 회전수(N)를 단계적으로 제한하여도 좋다. 예컨대, 점화 억제제어부(114)는 경보 신호가 공급되었을 때부터 소정 시간까지는 회전수(N)를 6500 rpm으로 제한하고, 그 후, 소정 시간이 더 경과하였을 때에는 45O0 rpm으로 제한한다. 이 후, 소정 시간이 더 경과하였을 때에는 점화 억제 제어부(114)는 엔진(40)을 정지시킨다.

이것에 의해, 운전자는 이상이 발생하고 있는 것을 회전수(N)의 저하에 의해 인식할 수 있고, 엔진(40)이 정지할 때까지 시간적 여유가 있기 때문에 차량(11)을 적당한 장소에 정지시키고, 또는 소정의 수리 공장까지 주행시키는 등의 대응 처리를 행할 수 있다.

또한, 릴레이(162)는 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같은 변형예에 따른 릴레이쌍(200) 또는 릴레이(210) 등으로 대체하여도 좋다.

도 7에 도시하는 바와 같이, 제1 변형예에 따른 릴레이쌍(200)은 제1 릴레이(제1 스위치부)(202) 및 제2 릴레이(제2 스위치부)(204)로 이루어진다. 제1 릴레이(202) 및 제2 릴레이(204)는 동일한 구조로서, 한 쌍의 접점(206a, 206b)과, 상기 접점(206a와 206b)을 단락 및 개방시키는 스위치부(208)와, 상기 스위치부(208)를 동작시키는 조작부(209)를 갖는다.

제1 릴레이(202) 및 제2 릴레이(204)의 접점(206a)은 각각 중성점 형성선(165U)에 접속되어 있다. 제1 릴레이(202)의 접점(206b)은 중성점 형성선(165V)에 접속되어 있으며, 제2 릴레이(204)의 접점(206b)은 중성점 형성선(165W)에 접속되어 있다. 또한, 각 조작부(209)는 릴레이 제어부(118)에 대하여 병렬로 접속되어 있고, 제1 릴레이(202) 및 제2 릴레이(204)는 동기 동작하고, 릴레이쌍(200)은 실질적으로 하나의 릴레이로서 기능하며, 상기 릴레이(162)와 동일하게 작용한다. 제 1 릴레이(202)와 제2 릴레이(2O4)는 하나의 패키지에 조립되어 있는 것이라도 좋다.

제1 릴레이(202) 및 제2 릴레이(204)의 각 스위치부(208)는 동기 동작을 행하게 하기 때문에, 하나의 신호선으로 제어를 할 수 있고, 릴레이마다 제어 순서를 구별할 필요가 없어 간편하다. 또한, 제1 릴레이(202) 및 제2 릴레이(204)를 동기 동작시킴으로써, 각 상의 스테이터 코일(163a, 163c)은 통전 상태가 동시, 또한 확실하게 전환된다.

도 8에 도시하는 바와 같이, 제2 변형예에 따른 릴레이(210)는 2쌍의 접점(212a, 212b 및 214a, 214b)과, 접점(212a와 212b)을 단락 및 개방시키는 제1 스위치부(216)와, 접점(214a와 214b)을 단락 및 개방시키는 제2 스위치부(218)와, 제1 스위치부(216) 및 제2 스위치부(218)를 동기 동작시키는 하나의 조작부(220)를 갖는다. 조작부(220)는 릴레이 제어부(118)에 의해 통전 제어된다.

접점(212a 및 214a)은 중성점 형성선(165U)에 접속되어 있다. 접점(212b)은 중성점 형성선(165V)에 접속되어 있으며, 접점(214b)은 중성점 형성선(165W)에 접속되어 있다. 이러한 결선에 의해 릴레이(210)는 상기한 릴레이(162)와 동일한 작용을 발휘한다.

또한, 릴레이(210), 제1 릴레이(202) 및 제2 릴레이(204)는 상기한 릴레이(162)보다도 범용적으로 광범위하게 이용되고 있으며, 염가이다.

전술한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 회전 전기 시스템(10)에 의하면, ACG 스타터(70)를 모터로서 이용할 때에는 모든 스테이터 코일(163a∼163c)이 자력 을 발생시켜 큰 구동을 얻을 수 있고, 엔진(40)의 크랭크샤프트(52)를 확실하게 시동시킬 수 있다. 또한, ACG 스타터(70)를 발전기로서 이용할 때에는, 각 상마다 2개의 스테이터 코일(163a, 163c)은 타단이 릴레이(162)에 의해 개방되기 때문에 발전에 이바지되지 않고, 발전 용량이 억제된다. 따라서, 부하나 배터리(97)에 대하여 지나친 전력이 공급되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 릴레이(162)는 결선부(160)의 제2 중성점(O2)이 되는 개소를 단락 및 개방하기 때문에, 상마다 구별된 독립적인 것이 아니고, 실질적으로 하나의 릴레이로 충분하며, 구성이 간편하다.

또한, 상기한 예에서는 스테이터 코일(163a∼163c) 중 스테이터 코일(163b)을 제1 중성점(O1)에 접속하고, 스테이터 코일(163a 및 163c)이 제2 중성점(O2)을 구성하도록 릴레이(162)에 접속하고 있지만, 설계 조건에 따라 제1 중성점(O1)과 제2 중성점(O2)에 접속하는 코일수의 비는 적절하게 설정하면 좋다.

또한, 본 실시 형태에서는 코일의 접점 개폐 수단으로서 릴레이를 이용한 예를 나타내었지만, 접점 개폐 수단은 이것에 한정되지 않는다.

본 발명에 따른 회전 전기 시스템은, 전술한 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 여러 가지의 구성을 채용하여 얻는 것은 물론이다.

본 발명의 제1 특징에 의하면, 회전 전기를 모터로서 이용할 때에는 모든 코일이 자력을 발생시켜 큰 구동을 얻을 수 있고, 예컨대 큰 엔진의 크랭크샤프트를 회전시켜 확실하게 시동시킬 수 있다. 또한, 회전 전기를 발전기로서 이용할 때에는 각 상마다 소정수의 코일은 타단이 릴레이에 의해 개방되기 때문에 발전에 이바지되지 않고, 발전 용량이 억제된다. 따라서, 부하나 축전부에 대하여 과도한 전력이 공급되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 제2 특징에 의하면, 제1 스위치부와 제2 스위치부에 의해 개폐 조작을 함으로써, 2 접점형의 범용성 있는 스위치부를 이용할 수 있다.

본 발명의 제3 특징에 의하면, 동기시킴으로써, 제어 순서가 간편화되는 동시에, 결선부 코일의 유효, 무효를 확실하게 전환할 수 있다.

본 발명의 제4 특징에 의하면, 경보 신호에 의해 조작자는 소정의 대응 처리를 행할 수 있다.

Claims

로터와 스테이터를 구비하는 회전 전기(電機)와,

각 상마다 일단이 입출력부로서 접속된 복수의 코일로 구성되고, 상기 스테이터에 설치된 결선부와,

각 상마다의 상기 복수의 코일 일부의 개폐에 의해 상호 단락 및 개방되는 릴레이와,

상기 입출력부 및 상기 릴레이의 조작부에 접속된 제어부

를 포함하고, 상기 제어부는 상기 로터를 회전시킬 때에는 상기 릴레이의 접점을 단락시키는 동시에 상기 입출력부에 전력을 공급하고, 상기 로터의 회전에 의해 발전을 할 때에는 상기 릴레이의 접점을 개방시키는 동시에 상기 입출력부로부터 얻어지는 전력을 소정 부하 또는 축전부에 공급하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 시스템.
제1항에 있어서,

상기 결선부는 3 상으로서,

상기 릴레이는 제1 스위치부 및 제2 스위치부를 포함하고,

상기 결선부의 제1 상의 소정수의 상기 코일의 타단은 상기 제1 스위치부 및 상기 제2 스위치부의 한쪽 접점에 접속되며,

상기 결선부의 제2 상의 소정수의 상기 코일의 타단은 상기 제1 스위치부의 다른 쪽의 접점에 접속되고,

상기 결선부의 제3 상의 소정수의 상기 코일의 타단은 상기 제2 스위치부의 다른 쪽의 접점에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 회전 전기 시스템.
제2항에 있어서,

상기 제어부는 상기 제1 스위치부 및 상기 제2 스위치부를 동기하여 단락 및 개방 동작하도록 조작하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제어부는 상기 릴레이에 접속되는 상기 코일 타단의 각 전압을 계측하고, 전위차에 기초하여 소정의 경보 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 회전 전기 시스템.