JP2915187B2 - 2電源発電装置 - Google Patents

2電源発電装置

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JP2915187B2
JP2915187B2 JP3277453A JP27745391A JP2915187B2 JP 2915187 B2 JP2915187 B2 JP 2915187B2 JP 3277453 A JP3277453 A JP 3277453A JP 27745391 A JP27745391 A JP 27745391A JP 2915187 B2 JP2915187 B2 JP 2915187B2
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generator
power
armature coil
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voltage battery
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茂 栗山
義明 本田
利和 宇佐美
栄 引田
和雄 小谷
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Hitachi Ltd
Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
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Hitachi Automotive Engineering Co Ltd
Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は2電源発電装置に係り、
特に負荷変動の大きい自動車用に好適な交流発電装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一軸に2系統の発電装置を並設し、それ
ぞれの異なる発電出力を得る方式は例えば特開平1−157
251 号公報で知られている。
【0003】上記発明は通常バッテリを充電するための
低電圧出力発電機と、100V高電圧を発生する高電圧
出力発電機を備えているものの、全体構成上ブラケット
の中に発電機ロータ及び給電装置が配置されている。即
ちロータの軸受間に回転磁極とスリップリングを含む給
電装置が配置される構造であるため慣性トルクが大き
く、これに耐え得るためには必然的に構造が大きくな
り、重量のあるものとなる。
【0004】また、発電用電機子コイルはそれぞれが全
く独立しているもので周囲の負荷条件に応じて切り替わ
るようなことは考慮されていない。
【0005】一方一個の発電装置をブラケットで覆いそ
のブラケットの外側面に給電装置及び整流装置を配置し
たものも特開昭63−3130347 号公報などで知られている
が第2の発電装置の開示は無く、その上発電出力を変え
ることの思想は全く開示されていない。
【0006】本発明の目的の一つは、周囲の負荷条件に
応じて適切に発電出力を調整できる2電源発電装置を提
供するにある。
【0007】本発明の他の目的の一つは、小型で軽量の
2電源発電装置を提供するにある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の発電用電機
子コイルはそれぞれが全く独立しているもので周囲の負
荷条件に応じて切り替わるようなことは考慮されていな
いので、常に一定の出力は得られるものの車両の低速,
高速に応じて出力電流を変えることが出来ず、電流を増
やすため大型化は避けられない欠点があった。
【0009】また、従来の装置は、ロータの軸受間に回
転磁極とスリップリングを含む給電装置が配置される構
造であるため慣性トルクが大きく、これに耐え得るため
には必然的に構造が大きくなるが、軸長を短縮して小型
軽量化を計る点の示唆はない。
【0010】
【課題を解決するための手段】第1の課題および第2の
課題は、回転軸の軸方向に並設され、周囲をブラケット
で覆われ、低電圧を発生する第1の発電機と高電圧を発
生する第2の発電機とからなる2組の誘導子形交流発電
機を備え、前記第2の発電機の出力を周囲の負荷条件に
応じて調整できるようにした2電源発電装置において、
星型−三角型結線を切り換えられる前記第2の発電機の
電機子コイルと、前記第2の発電機の電機子コイルの出
力端に接続される第1の全波整流回路群および第2の全
波整流回路群と、前記第1の全波整流回路群と前記第2
の全波整流回路群との間に配置される逆流防止ダイオー
ドと、前記ブラケットの外側面に固定され、前記第1の
発電機と前記第2の発電機の界磁コイルに界磁電流を供
給してなる給電手段と、前記第2の発電機の電機子コイ
ルを、前記回転軸の回転数が予め定められた値以下の場
合は星型結線に、予め定められた値以上の場合は三角型
結線に切り換えるスイッチ手段と、前記第1の発電機の
電機子コイルと前記第2の発電機の電機子コイルとが対
向する側の端部が半径方向に互いに重なり合うように配
置された該電機子コイルを冷却するとともに、前記第1
の発電機のロータと前記第2の発電機のロータとの間に
配置された冷却ファンとを備えることによって達成され
る。
【0011】さらに、上記課題は、前記第2の発電機に
接続された高電圧バッテリの電力が余り、前記第1の発
電機に接続された低電圧バッテリの電力が不足したと
き、降圧形スイッチングレギュレータを動作させるとと
もに、 前記低電圧バッテリの電力が余り、前記高電圧バ
ッテリの電力が不足したときは、昇圧形スイッチングレ
ギュレータを動作させる制御回路を備えることによって
達成される。
【0012】
【作用】低電圧バッテリ25は第1の発電装置で、高電
圧バッテリ29は第2の発電装置で充電される。発電出
力制御装置34は図10のフローチャートにあるように
ステップ102で発電機の回転数を計算し、その回転数
がある規定回転数N1 以下か否かをステップ103で判
断し、規定回転数以下の場合はステップ104で電機子
コイル切り換えスイッチ35をオンして星型結線にして
発電出力を取り出す。一方上記回転数が規定回転数以上
の時はステップ105で上記電機子コイル切り換えスイ
ッチ35をオフして三角型結線にして出力を取り出す。
この発電出力は更にステップ106で電流センサ33で
検出され、ステップ107で図9に示すパターンに従い
A,B,Cゾーンに分けられAの場合は星型結線に切り
換え、Bの場合は三角型結線に切り換えられ、Cの場合
はそのまま従前の結線が維持される。
【0013】
【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。
【0014】図1乃至図7において、アルミ材等からな
る椀状の第1ブラケット1及び第2のブラケット2は、
その突き合わせ対向面に第1の発電装置の環状の電機子
鉄心3を印篭部を介して固着している。前記第2のブラ
ケット2は前記第1のブラケット1より外径を小さく形
成し、その内周面に圧入により第2の発電装置の環状の
電機子鉄心4を固定している。前記電機子鉄心にはそれ
ぞれ発電コイルとなる電機子コイル3A,4Aが巻装さ
れ、内側のコイルエンドは互いに半径方向で重ね合うよ
うに配置されている。
【0015】前記ブラケット1,2の側面内周部にベア
リング5,6を介して支承される回転軸7はそのほぼ中
央に仕切り突起7Aを形成し、図象左には前記第1の電
機子鉄心3に対向する第1のロータ8を、同右には前記
第2の電機子鉄心4に対向する第2のロータ9を配置固
定している。前記それぞれのロータ8,9は周知の構成
で、交番磁界を発生するための対峙する一対の爪磁極8
A,8B,9A,9Bと、磁気回路を形成する継鉄8
C,9Cと継鉄外周に絶縁して巻装される界磁コイル8
D,9Dとから構成されている。
【0016】前記第1ロータ8の左側面と第2ロータ9
の両側面には遠心冷却ファン10,11,11Aが設け
られそれぞれの電機子コイルの冷却とロータの冷却を行
っている。特に中央に位置するファン11は多少容量を
大きく取りファンの数を減らしてロータの軸長の短縮に
貢献している。12はロータ8の継鉄を貫通する通路で
全集に複数個設けられていて、ブラケット1,2に設け
られる孔13,14,15と共同して冷却通路を形成し
ている。また、前記爪磁極8A,8B、9A,9Bが形
成するロータ8の最小幅は電機子鉄心4の積み厚幅L1
より広く、好ましくは1.1倍程度とし、且つ最大幅は
1.1×L1+2R+L11/2としている。更には前
記磁極の両外周円部の曲面はR=5以下としている。
【0017】尚上記においてL11は電機子コイルエン
ドの軸方向の幅である。
【0018】16はブラケット2の外側面に固定される
給電装置で絶縁して回転軸7の延長部に固着されるスリ
ップリング17にブラシ18を摺接させている。そして
スリップリングのそれぞれは回転軸7の中央に開けられ
た孔7Aをとおして前記それぞれの界磁コイル8D,9
Dに給電するように結線されている。
【0019】19は詳細を後記する第1の発電装置用全
波整流装置で、第2の発電装置用全波整流装置20は前
記給電装置16の外周部に配置固定されている。
【0020】図4,図5に第1の発電装置の全波整流装
置19の取付状態を示す。ブラケット1の、プーリ21
の周囲のファンベルト22を避けた位置には、外方向に
突出する収納箱1A,1Bが形成され、その部分に整流
装置19が装着される。この整流装置の整流器19A,
19Bは図7に示したような、一般に用いられる構成
で、導電基盤23に装着されたダイオード19aのリー
ドを環状のジャンパー線24を用いて陽極側と陰極側を
結線し一対で全波整流装置を形成している。
【0021】次に本実施例における制御回路例を図8に
示す。第1の発電装置の電機子コイル3Aは星型結線さ
れその出力端は整流器19A,19Bを介して通常25
Vの低電圧バッテリ25と閉回路を構成している。そし
てその界磁コイル8Dは前記バッテリ25と結線される
界磁制御回路26と直列接続されている。第2の発電装
置の電機子コイル4Aの出力端はそれぞれがダイオード
とツェナーダイオードの直列回路からなる第1の全波整
流回路群27及び第2の全波整流回路群28を介して通
常100Vの高電圧バッテリ29と閉回路を構成してい
る。そしてそれを励磁する界磁コイル9Dは前記バッテ
リ29と結線される界磁制御回路30と直列接続されて
いる。尚、前記整流器群27,28間の陰極側にはツェ
ナーダイオードからなる逆流阻止ダイオード31,陽極
側にはダイオード32が設けられている。
【0022】電流センサ33で発電電流Iを、電機子コ
イル4Aの1相の交流信号から回転数N1 を、界磁コイ
ル9Dから界磁電流IF を取り込み出力信号を演算する
発電出力制御装置34は、その出力信号で前記第2の発
電装置の電機子コイル切り換えスイッチ35と、低電圧
バッテリ25と高電圧バッテリ29間の電力の供給と授
受を行うコンバータ36及び電磁リレ−37を制御する
ように結線されている。
【0023】上記構成においてエンジンによってプーリ
21が回転されると第1のロータ8及び第2のロータが
回転し、低電圧バッテリ25は第1の発電装置で、高電
圧バッテリ29は第2の発電装置で充電される。ここで
発電出力制御装置34は図10のフローチャートにある
ようにステップ102で発電機の回転数を計算し、その
回転数がある規定回転数N1 以下か否かをステップ10
3で判断し、規定回転数以下の場合はステップ104で
電機子コイル切り換えスイッチ35をオンして星型結線
にして発電出力を取り出す。一方上記回転数が規定回転
数以上の時はステップ105で上記電機子コイル切り換
えスイッチ35をオフして三角型結線にして出力を取り
出す。この発電出力は更にステップ106で電流センサ
33で検出され、ステップ107で図9に示すパターン
に従いA,B,Cゾーンに分けられAの場合は星型結線
に切り換え、Bの場合は三角型結線に切り換えられ、C
の場合はそのまま従前の結線が維持される。
【0024】上記規定回転数N1 は電機子コイルの切り
換え回転数になるもので頻繁な通過点になるが、図9に
示すように星型−三角型結線の共通の出力領域Cでは切
り換えスイッチが切り換えられないため、スイッチング
動作を少なくして、かつ電圧変動の回数も押さえられ
る。
【0025】つぎに、リレー37,37A,コンバータ
36,制御回路34は低電圧バッテリ25,高電圧バッ
テリ29の電力の供給と授受を相互に行い余剰電力を効
果的に配分する機能を持っている。すなわち、高電圧バ
ッテリ29の電力が余り低電圧バッテリ25の電力が不
足したとき、リレー37を動作させてコンバータ36
(降圧形スイッチングレギュレータ)を動作させる。他
方、低電圧バッテリ25の電力が余り、高電圧バッテリ
29の電力が不足したときは、前記リレー37を動作さ
せてコンバータ36(昇圧形スイッチングレギュレー
タ)を動作させる。従ってバッテリに常に安定した充電
状態が保たれる利点がある。
【0026】さらに、発電機はロータ8,9間を詰め
て、その間に冷却ファン11を設け、2つの電機子コイ
ル3A,4Aを半径方向で重なるように配置してあるた
め、冷却を確保してかつ軸方向に短縮できる利点も有す
る。
【0027】なお、上記実施例では整流装置19を環状
にブラケット1の側面に配置したものを示したが、ブラ
ケット1を半径方向に突出させてポケットを作りそこに
配置する構造にしても同等である。さらには、電力の供
給授受回路はリレー37を用いる代わりにFETなどの
半導体装置を用いればさらに精度は向上する。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、周囲の負荷条件に応じ
て適切に発電出力が調整される2電源発電装置が容易に
提供される。
【0029】また、小型で軽量の2電源発電装置が提供
される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例における発電装置の断面図。
【図2】図1における回転磁極の右側面図。
【図3】図2における上面図。
【図4】図1の左側面図。
【図5】図4の要部断面側面図。
【図6】本発明に用いられる全波整流器の展開図。
【図7】図6の要部断面図。
【図8】本発明に用いられる回路構成図。
【図9】図8の回路切り換え特性図。
【図10】図8の回路切り換えフローチャート。
【符号の説明】
3A…第1発電装置の電機子コイル、4A…第2発電装
置の電機子コイル、8D,9D…界磁コイル、19A,
19B…整流器、25…低電圧バッテリ、26,30…
界磁制御回路、27…第1の全波整流回路群、28…第
2の全波整流回路群、29…高電圧バッテリ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宇佐美 利和 茨城県勝田市大字高場2520番地 株式会 社 日立製作所 自動車機器事業部内 (72)発明者 引田 栄 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地3 日立オートモティブエンジニアリ ング株式会社内 (72)発明者 小谷 和雄 茨城県勝田市大字高場字鹿島谷津2477番 地3 日立オートモティブエンジニアリ ング株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−175354(JP,A) 特開 昭53−50414(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H02P 9/00 - 9/48 H02K 19/00 - 19/38

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転軸の軸方向に並設され、周囲をブラケ
    ットで覆われ、低電圧を発生する第1の発電機と高電圧
    を発生する第2の発電機とからなる2組の誘導子形交流
    発電機を備え、前記第2の発電機の出力を周囲の負荷条
    件に応じて調整できるようにした2電源発電装置におい
    て、 星型−三角型結線を切り換えられる前記第2の発電機の
    電機子コイルと、前記第2の発電機の電機子コイル の出力端に接続される
    第1の全波整流回路群および第2の全波整流回路群と、 前記第1の全波整流回路群と前記第2の全波整流回路群
    との間に配置される逆流防止ダイオードと、 前記ブラケットの外側面に固定され、前記第1の発電機
    と前記第2の発電機の界磁コイルに界磁電流を供給して
    なる給電手段と、 前記第2の発電機の電機子コイルを、前記回転軸の回転
    数が予め定められた値以下の場合は星型結線に、予め定
    められた値以上の場合は三角型結線に切り換えるスイッ
    チ手段と、 前記第1の発電機の電機子コイルと前記第2の発電機の
    電機子コイルとが対向する側の端部が半径方向に互いに
    重なり合うように配置された該電機子コイルを冷却する
    とともに、前記第1の発電機のロータと前記第2の発電
    機のロータとの間に配置された冷却ファンとからなるこ
    とを特徴とした2電源発電装置。
  2. 【請求項2】請求項1の記載において、 前記第2の発電機に接続された高電圧バッテリの電力が
    余り、前記第1の発電機に接続された低電圧バッテリの
    電力が不足したとき、降圧形スイッチングレギュレータ
    を動作させるとともに、 前記低電圧バッテリの電力が余り、前記高電圧バッテリ
    の電力が不足したときは、昇圧形スイッチングレギュレ
    ータを動作させる制御回路を有することを特徴とした2
    電源発電装置。
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