JPH01106929A - 自動車用発電機構 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、自動車のエンジンの駆動により発電す自動車
用発電機構に関するものであり、稼動しない場合にはア
クチュエータによりエンジンの回転数を確実にアイドリ
ング状態に戻すようにしたものである。

〈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。

その一つは、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てあり、例えば特開昭５０−３６
３４１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、一つの発電機を使用す
るか、その発電機の発生電圧として２種類の異った電圧
を発生させるのてはなく、発電機の外部で切換スイッチ
によって二重圧を得る構造である。

また、他の従来例として、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
−１６１２２５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、１２Ｖ用と１００ｖ用の２つの発電機を夫々搭載し
、夫々をベルトで駆動して二重圧を得るようにしている
。また、実開昭５６−４３２６５号公報に記載されてい
るものもほぼ同様の構成である。

〈発明か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、二重源を獲得することかてきるか、いずれも同時に
二種類の異なった電圧を一つの発電機て発生することが
できない。また、消費電力の負荷に応じてエンジンの回
転数を制御することか困難てあり、エンジンの回転数を
制御するアクチュエータを単にアクセルワイヤ等のスロ
ットル系に接続したたけては、エンジンの回転数をアイ
ドリング状態に確実に戻すことが困難てあり、燃料を無
駄に消費することとなる。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明は上記に鑑み提案されたものて、エンジンにより
駆動する発電機と、この発電機で発生する電圧を商用周
波数に変換するインバータ部と、発電機て発生する電圧
を一定に調整するコントローラ部と、コントローラ部か
らの信号により作動してアクセルワイヤ等のスロットル
系に作用するアクチュエータとを設け、このアクチュエ
ータは、内径部に雌ネジを形成した管状の回転軸により
ハウシング内に回転可能に支持したロータと、回転軸の
雌ネジに螺合され軸方向に移動可能て回転不能に支持さ
れた推進軸と、ロータの外周に臨ませて設けたコイルと
、推進軸の位置を検出する検出器とにより構成したもの
である。

〈作用〉 発電機て発生する電力をインバータ部に供給して外部用
電源にし、発電機とインバータ部との間に設けた電流セ
ンサからの信号をインバータ部の負荷電流検出信号とし
てコントローラ部に供給するとともに、コントローラ部
には発電機からの電圧検出信号を供給し、コントローラ
部では上記各検出信号に基づきアクチュエータに制御駆
動信号を供給してエンジンの回転数を制御し、エンジン
のアイドリング状態で充分に発電することかできる状態
、又は発電機構を作動しな状態では検出器からの信号に
より推進軸の位置を検出してエンジンの回転数を確実に
アイドリンク状態に戻す。

〈実施例〉 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

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とを接続する回路５中
に設けた電流センサ６からの信号か供給されるコントロ
ーラ部７と、このコントローラ部７により作動してアク
セルワイヤ等のスロットル系に作用するアクチュエータ
８とアイドルアップ用ソレノイド９とを有する。

上記した発電機３はシングルボルテージ高周波発電機３
ａ（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図及第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、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３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１ｏに回路５を接続し、直流側出力部１１を
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は、第５図て
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１３ａ、１３ｂ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
、各節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１３ｂと第１のコイル１３
ａ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側にはタイオードを介在さ
せて直流側出力部１１から発生する電圧を直流１４ボル
ト、６０アンペア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
けである界磁コイル１４の端子１５は後記するコントロ
ーラ部７に接続する。

この様に、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
を使用することかてきるか、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図て示すように、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１００ボルトの高周波
出力をダイオード１７て直流に変換し、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を接続すると、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
クタボックス２１に差し込んて使用する。なお、コネク
タボックス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
席の横に設けるのか望ましく、また、コントローラ部７
は運転者が操作しやすいように、例えば運転席の側面に
設けることが臨ましい。

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部に
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しる。

コントローラ部７は、内部に発電機３の電圧制御機構２
２、エンジン回転数の制御機構２３、及び誤操作保護機
構２４などを有する。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か入力されて発電機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
転数検出信号とコネクタボックス２１内の電流センサ６
からの負荷電流検出信号とか入力され、この両信号に基
づき駆動信号をアクチュエータ８に出方し、このアクチ
ュエータ８によりスロットルレバーを調整してエンジン
２の回転数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トブレーキ判定信号とコネク
タボックス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、
サイトブレーキか作用していないのてアクチュエータ８
か作動しないようにしたり、自動車か停車して発電状態
時にサイドブレーキか放されるアクチュエータ８をアイ
ドリンク状態にして急発進を防止する等、運転者に誤操
作があったときの安全用信号である。また、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
ばコネクタボックス２工にインバータ部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。

上記したアクチュエータ８は、アクセルペダルからエン
ジンのスロットルまてのスロットル系に接続してコント
ローラ部７からの制御駆動信号により作動してエンジン
２の回転数を調整するものである。第１１図に示すアク
チュエータ８は、ハウジング２５内のベアリング２６．
２６により内径部に酸ネジ２７を形成した回転軸２８を
回転自在に支承し、該回転軸２８に永久磁石２９を設け
てロータ３０を構成し、該ロータ３０の外周に臨ませて
励磁コイル３１を配設してステータを構成し、上記回転
軸２８には雄ネジ３２形成した推進軸３３を螺合し、フ
ランジ３４とは反対側のベアリング２６の近傍にはホー
ル素子等からなる検出器３５を設けである。推進軸３３
は、第１２図に示すように、一端部分に平坦面を有する
断面長円形の回り止め部３６を形成し、他端には推進軸
３３よりも大径な部材３７を設けるとともに、該部材３
７に上記検出器３５に作用する永久磁石等の作用子３８
を設け、上記回り止め部３６をハウジング２５のフラン
ジ３４に形成した長円形の貫通孔３９内に挿通すること
により軸方向に移動可能て回転不能にしである。なお、
推進軸３３は、ロータ３０の回転軸２８に形成しである
雌ネジ２アにより支持されているたけてあり、フランジ
３４の貫通孔３９によっては回転が規制されているたけ
である。また、フランジ３４とは反対側のハウシンク２
５の端部にはボルト４０とロックナツト４１とからなり
、推進軸３３の端部又は上記大径部材３７に当接するス
トッパ４２を設け、ボルト４０のネジ込み長さを調整す
ることにより推進軸３３のストローク、特に推進軸３３
の突出長さの最小値を規制している。したがって、コン
トローラ部７からの駆動信号により励磁コイル３１を励
磁してロータ３０を一方向に回転すると、回転軸２８の
酸ネジ２７と推進軸３３の雄ネジ３２とのネジ作用によ
り推進軸３３が第１１図左側に移動（前進）してフラン
ジ３４から突出した部分の長さを増大する。フランジ３
４から突出した推進軸３３の端部には一端をスロットル
レバー等のアクセル系に接続したワイヤ４３の他端を接
続してあり、このワイヤ４３はスロットルレバー等に設
けである復帰スプリング等により常にスロットルレバー
なアイドリング状態に戻す方向に付勢されている。した
がって、上記のように推進軸３３が前進すると、エンジ
ン２の回転数か低下する。そして、推進軸３３の突出長
さが最大となると、エンジン２の回転数がアイドリンク
状態となる（初期状Ｓ）。なお、推進軸３３の突出長さ
か最大となると、推進軸３３の他端に設けた作用子３８
か検出器３５に作用し、該検出器３５かコントローラ部
７に信号を送る。したかって、コントローラ部７ては検
出器３５からの信号により推進軸３３か上記した初期状
態となり、エンジン２をアイドリング状態に戻したこと
を検知することかできる。一方、コントローラ部７から
の駆動信号により励磁コイル３１を励磁してロータ３０
を反対方向に回転すると、回転軸２８の酸ネジ２７と推
進軸３３の雄ネジとのネジ作用により推進軸３３か第１
１図右側に移動（後退）してフランジ３４から突出した
長さを減少する。なお、推進軸３３の移動長さはロータ
３０の回転量に比例する。したかって、ロータ３０が回
転した分たけ推進軸３３か後退し、その分ワイヤ４３を
引いてエンジン２の回転数を高める。なお、推進軸３３
か後退し過ぎると、推進軸３３の後端又は大径部材３７
かストッパ４２のボルト４０に当接して停止する。した
かつて、コントローラ部７等が故障するなどの原因によ
りアクチュエータ８の推進軸３３が必要以上に後退して
も、エンジン２の回転数が必要以上に高まることを未然
に防止することがてきる。

自動車用発電機構１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、コントローラ部
７、及びアクチュエータ８か主要な構成て、コントロー
ラ部７のモードスイッチを運転者又は他の者が操作する
ことにより、走行モート（自動車の走行のみ）、走行発
電モート（自動車の走行と同時に発電）、及び停車発電
モート（自動車か停止した状態て発電）の３つのモード
を選択することかてきる。

走行モードは、自動車の走行時に交流１００ボルトを使
用しない通常の場合て、第１図の実施例においてはシン
クルボルテージ高周波発電機３ａを使用しないてオルタ
ネータてバッテリ１２に給電する。そして、第２図及び
第３図の実施例てはデュアルボルテージ高周波発電機３
ｂをオルタネータを同一の機能をさせ、直流１４ボルト
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のアイドリンク回転数は通常と同様に
６５０〜７００ｒｐｍて使用可能である。

この走行モードシステムは、第６図て示すように、エン
ジン２を始動し、コントローラ部のモートをｒ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クニッション電圧の周波数を
検出してエンジン２か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
か回転していないのに無駄な界磁電流を供給することを
防止することかてきる。なお、電流センサ６に周波数を
検出て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
と同様の制御かてきる。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かてきる。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１４ボルトに変換してバッテリ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
も上昇するのて、１４ボルト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の発電状態か制御さ
れ、】４ボルト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１４ボルトに保持するの
である。

一方、走行発電モードは、自動車の走行中に交流１００
ボルトを外部電源として使用する場合てあり、この場合
発電機３は直流１００ボルト、及び交流１００ボルト電
源の一軸二系統の電力を供給することかてきる。しかし
、発電機３の容量は入力回転数に比例するのて、自動車
の高速走行時には出力か高く、逆に低速走行時には出力
が低い。したかって、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ル時の回転数
で決定される。そこで、エンジン２のアイドリング回転
数を走行モート時に比較して僅かに多く、例えば９００
〜］０００ｒｐｍ程度て使用するために、コントローラ
部７からの指令信号により作動するアイドルアップ用ソ
レノイド９を設けである。

ここて、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か発生し、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かてきない。そこて、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て、−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て直流に変換した後
、スイッチング素子１８で商用周波数の交流５０　Ｈｚ
または６０Ｈｚに変換し、家庭用電気機器ても使用可能
にしてコンセント１９て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て、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
には出力容量か低い。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
リング時の回転数て決定されている。

停車発電モートは、自動車の停車中において交流１００
ボルトを使用する場合てあり、走行発電モードの場合と
同様に、発電機３は直流１４ボルトと交流１００ボルト
の一軸二系統の電力を供給する。しかし、エンジン２の
回転数は走行発電モードと異なり、消費電力負荷に応し
て変化させる。

即ち、電力負荷の使用量か多い時はアクチュエータ８の
作用によりエンジン２を高速で回転し、電力負荷が少な
い時は反対に低速で回転させる。これは、電流センサ６
からの負荷電流検出信号かコントローラ部７に入力され
ると、回転数の制御機構２３から駆動信号かアクチュエ
ータ８に出力され、このアクチュエータ８によりエンジ
ン２の回転を制御することにより行われる。

停車発電モートシステムは、第１０図て示すように、エ
ンジン２を始動し、コントローラ部７内のモードスイッ
チを「停車発電Ｊに投入すると、発電機３に界磁電流を
供給する作用は走行モード、走行発電モートと同様であ
るか、エンジン２か回転中と判断て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はアクチュエータ８にワイヤ４３が引か
れる方向（エンジン２の回転数か上昇する方向）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を常に検知していて、発電機３の
交流１００ボルト使用可能な状態、即ち、エンジン２の
回転数が９００〜１（１０［］ｒｐｍに達するとアクチ
ュエータ８への駆動信号の供給を停止する。実際には使
用する電気機器の負荷に応じてアクチュエータ８がワイ
ヤ４３を介してスロットルレバーの開度な増加する動作
（エンジン回転数を上昇させる動作）をしたり、スロッ
トルレバーの開度を減少する動作（エンジン回転数を下
降させる動作）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かイグニッション周波数と電流センサ
６からの負荷電流検出信号とを内部て常に比較演算し、
負荷と回転数とが同一の場合にはアクチュエータ８への
駆動信号を停止する。しかし、負荷か回転数より大きい
場合には、アクチュエータ８かワイヤ４３の引き込み動
作を行う駆動信号をアクチュエータ８に供給し、エンジ
ン２の回転数を上昇させる。

そして、負荷か回転数より小さい場合には、アクチュエ
ータ８か戻し動作する駆動信号をアクチュエータ８に供
給し、エンジン２の回転数を低下させる。

なお、停車発電モート時に、誤ってキースイッチがオフ
になったり、或はエンジン２がストップした場合、エン
ジン２を再始動する時にアクチュエータ８がワイヤ４３
を引いたままの状態ではエンジン２の始動直後に、急に
高回転になって危険である。そこて、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、アクチュエータ
８を戻し動作させるようにすることか望ましい。

以上本発明の詳細な説明したか、本発明は上記実施例に
限定されるものてはなく、特許請求の範囲に記載の範囲
内であればどのようにても変更して実施することかてき
る。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明によれば、自動車かどのよう
な状態てあっても２電源を獲得することがてき、各電源
を有効に利用することがてきる。

そして、発電機、インバータ部及びコントローラ部等は
極めて小型化することがてき、どのような自動車にも搭
載することができる。

また、本発明は、アクチュエータにより消費電力の負荷
に応じてエンジンの回転数を調整するとともに、アクチ
ュエータに設けた検出器により推°　進動の位置を検出
することかできるので、燃料の節約、騒音の低下を図る
ことかできるし、アクチュエータによりエンジンの回転
数を確実にアイドリング状態に戻すことがてきるのて、
自動車の走行に支障を来たすことがなく、安全である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すものて、第１図はシンクル
ボルテージ高周波発電機を使用した発電機構の概略系統
図、第２図はデュアルボルテージ高周波発電機を使用し
た発電機構の概略系統図、第３図はインバータ部やコン
トローラ部等を一体化した他の実施例の概略系統図、第
４図は第３図に示す発電機構の概略ブロック図、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図は走行モード時
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図は停止発電モート時の作動系統図、第１１図
はアクチュエータの断面図、第１２図はロータと推進軸
とフランジの一部の斜視図、第１３図は検出器と推進軸
に設けた作用子の関係を示す側面図である。 図中、ｌは発電機構、２はエンジン、３は発電機、４は
インバータ部、６は電流センサ、７はコントローラ部、
８はアクチュエータ、２５はハウシング、２７は酸ネジ
、２８は回転軸、２９は永久磁石、３３は推進軸、３０
はロータ、３１は励磁コイル、３４はフランジ、３５は
検出器、３６は回り止め部、３８は検出器の作用子、３
９は貫通孔、４２はストッパ、４３はワイヤである。 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. エンジンにより駆動する発電機と、この発電機で発生す
   る電圧を商用周波数に変換するインバータ部と、発電機
   で発生する電圧を一定に調整するコントローラ部と、コ
   ントローラ部からの信号により作動してアクセルワイヤ
   等のスロットル系に作用するアクチュエータとを設け、
   このアクチュエータは、内径部に雌ネジを形成した管状
   の回転軸によりハウジング内に回転可能に支持したロー
   タと、回転軸の雌ネジに螺合され軸方向に移動可能で回
   転不能に支持された推進軸と、ロータの外周に臨ませて
   設けたコイルと、推進軸の位置を検出する検出器とによ
   り構成し、発電機で発生する電力をインバータ部に供給
   して外部用電源にし、コントローラ部に接続した電流セ
   ンサからの信号をインバータの負荷電流検出信号として
   コントローラ部に供給するとともに、コントローラ部に
   は発電機からの電圧検出信号を供給し、コントローラ部
   では上記各検出信号に基づきアクチュエータに制御駆動
   信号を供給してエンジンの回転数を制御することを特徴
   とする自動車発電機構。