JPS5879668A - 機関始動充電装置 - Google Patents

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】 本発明は、始動電動機と充電発電機を一体化した機開始
動充電装置に関する。

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６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と半導体応用廃振回路を
利用した直流交流変換器９を介してパッチＩＪ１ＯＫ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
強磁性体から々る摩擦板で、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〉１１とクラ
ンク軸６を接続する始動用クラッチを構成している。１
４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
せるだ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１１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１２
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、これによって機関が始動
する。機開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を通じてバッテリ１
０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っては
、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ッ
チを介して機関のクランク軸に伝達する、いわゆる慣性
始動方式をとっているため、機関の始動に土数秒〜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
ラッチの摩擦板とフライホイールとの間に生じろすべり
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、さらにこのクラッチを設けたこと
によって装置全体の寸法、重量が大となり、またクラッ
チが頻繁な始動に耐えちれない等、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ッチをかくし
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、機開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２６、電機子鉄心２４、電機
子巻線２５、クランク角検出器２６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２
２ａ、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°を切欠き数で割った値の半分程度になるよ
うにする。第３図に回転界磁極２２２．２２ｂとリング
２７の外観を斜視図で示す。励磁巻線２３は界磁極２２
ａ、２２ｂを励磁するだめのもので、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に取付は固定されており、界磁極２
２ａ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す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
の分布巻にしである。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。

５４は電機子鉄心２４を固定枠６５に対して軸方向に固
定する充めのスペーサ３５はばねリング、５６Ｆｉ固定
枠３３をリヤプレート５２に取付は固定しているボルト
である。リヤプレート６２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る。該近
接スイッチは、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グレート３
２に増付けられており、界磁極２２ａの切欠き部と非切
欠き部におけるインタフ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２４を三相
とした場合、クランク角度検出器２６は６個設置される
。６７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ッチで、ここではクラッチディ
スク３９、プレッシャプレート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
ッチカバー４４からなるダイヤプラムスプリング・クラ
ッチを用いており、クラッチカバー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ｉうに、クラッチペダル（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ょリプレツシャプレート４０を
介してクラッチディスク５９に加わり、変速機駆動軸３
８上に取付けられたクラッチディスク３９を界磁極２２
ａの側面に圧着して、クラッチを接続状態にする。クラ
ッ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−してダイヤプラムスプリング４１の中央部を矢印
Ｃ方向に押し、このためダイヤプラムスプリング４１は
ワイヤリング４２．４５を支点として反転し、クラッチ
ディスク３９への加圧力が解除され・て、クラッチは切
断状態となり、クランク軸２８と変速機駆動軸６８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ッチ５７の担体に兼用することに
より、始動兼充電装置本体２１とクラッチ５７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はパーツテリ、４
７はキースイッチで、ｄがイグニノ７ヨ／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
おいてはバッテリ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ッテリ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
よっては、バッテリ４６の端子電圧により励磁電流を変
化させてもよりし、さらにバッテリ４６からキースイッ
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２５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。５０〜５５
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
ースイッチ４７のスタート側接点ｅに接続されており、
ツェナダイオード５６は抵抗５７とともに始動時一定電
圧を作り出す。５８〜６５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っているが、
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。

５８と５９．６０と６１．６２と６３の６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２５（７）Ｕ
、■、Ｗ各相端子に接続されている。

６４〜６９は比較器で、Ｕ、■、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だめの信号を発生する
。７０〜８１はツェナダイオード５６により作られた一
定電圧を分圧して比較器６４〜６９に設定電圧を与える
抵抗である。

６４．６６．６８の各比較器はその一入力端子にクラン
ク角度検出器の出力電圧が印加され、６５．６７．６９
の各比較器はその十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６６の６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６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って、同時にオフする
期間が若干あっても差支えない。

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６４．６７．６９がオン、トランジスタ６５．
６６．６８がオフとなってバッチＩＪ４６から供給され
る電流を電機子巻線２５のＵ相端子から■相およびＷ相
端子へ流し、次の期間にはトランジスタ６４．６６．６
９がオン、トランジスタ６５．６７．６８がオフとなっ
て電機子巻線２５のＵ相および■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６５６６
°、６９がオン、トランジスタ６４．６７．６８がオフ
となって電機子巻線２５の■相端子からＵ相およびＷ相
端子へ電流を流すと言ったように、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
２２ａ、２２ｂによる磁界に対して常に一定の位相差（
了）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。ｔＴ、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ッチを用いてい
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っ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図にもどって、今機関が停止している状態でキース
イッチ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
よって回転界磁極２２ａ、２２ｂにトルクが発生し、直
結したクランク軸２８を回転させる。界磁極２２ａ、２
２．ｂ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
っ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、従って電機子巻
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、キースイッ
チ４７をイグニッション位置にすると、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
流に変換されてバッテリ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
施例はキースイッチ４７のスタート側接点をなくし、新
たにクラッチスイッチ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。クラッチスイッチ８
２は第２図のクラノチ３７を作動させるクラッチペダル
（図示せず）に連動して電機子電流切換回路４９とバッ
テリ４６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ッチ４７をイグニッ
ション位置にし、クラッチペダルを踏み込むと、クラッ
チスイッチ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）を二−−トラル位７置にしてクラッチペ
ダルを解放し、機関を暖機運転する。この構成によると
、クラッチペダルを踏み込んでいるとき、すなわち前記
クラッチ３７が切断状態にあるときは、バッテリ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、２２ｂ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。変速機が二−−トラル位置に
なく、かつクラッ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、この場合でもクラッチペダル
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。したがって、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
ラッ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って機関の燃費向上が図れる。さら
に、始動用クラッチをなくしたことによって装置全体を
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ッテリとを結ぶ
スイッチを車両のクラッチペダルに連動して断続させる
ようにすれば、クラッチペダルの踏み込みによって機関
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６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 ２２８．２２ｂ・・・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・・・回転界磁極重付ボルト ３０・・・クランク角度検出用切欠き ３１・・・界磁鉄心　　　　３７・・・クラッチ３８・
・・変速機駆動軸　　４６・・・バッテリ４７・・・キ
ースイッチ　　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・
・・クラッチスイッチ 代理人弁理士　中村純之助

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、これを励磁するだめの励磁巻線と、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ッテリに接続するため
   のスイッチと、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開始動充電装置
   。 （２）　　前記スイッチが、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ッチの切断時には前記電機
   子電流切換回路とバッテリとを結ぶ回路を閉じ、該クラ
   ッチの接続時にはその回路を開くようにクラッチペダル
   に連動して開閉動作するクラッチスイッチであることを
   特徴とする特許請求の範囲（１）項記載の機開始動充電
   装置。 （６）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ッ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
   機開始動充電装置。