(57)【要約】【課題】４２Ｖ電源の搭載車両のバッテリ上がりにおいて、電圧の低い外部電源から給電した場合においても実用的な温度範囲でエンジン始動の必要最小限の回転数を確保できる車両用回転電機を提供する。【解決手段】４２Ｖ電源を有する車両のエンジン始動用スタータに用いられる回転電機において、巻線仕様の異なる複数の界磁巻線を有すると共に、少なくとも一個の界磁巻線１Ｂは電源７０に対して並列接続となるように構成し、また、４２Ｖ電源端子と電圧の低い外部電源端子を切替可能な切替スイッチ装置を設けることにより、外部からの低電圧電源での始動を実用的な摂氏零度以上の温度環境で可能とする。【選択図】図１
2006288044.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
公称４２Ｖ電圧の電源を有する車両のエンジン始動用スタータに用いられる車両用回転電機において、
巻線仕様のそれぞれ異なる複数の界磁巻線を有すると共に、前記複数の界磁巻線のうち少なくとも一個の前記界磁巻線は前記電源に対し並列接続になるように構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項２】
公称１４Ｖおよび４２Ｖ電圧の電源を共に有する車両のエンジン始動用スタータに用いられる車両用回転電機において、
前記スタータの定格電圧が前記車両の４２Ｖの前記電源の電圧に適合したものに用いられ、巻線仕様のそれぞれ異なる複数の界磁巻線を有すると共に、前記複数の界磁巻線のうち少なくとも一個の前記界磁巻線は前記電源に対し並列接続になるように構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【請求項３】
請求項１または２に記載の車両用回転電機において、
公称１４Ｖ電圧の電源により始動するとき、前記回転電機は弱め界磁で作動され、極低温域を除いた概ね摂氏零度以上での所定の負荷条件における前記エンジンの最低始動回転数を満足するような界磁巻線仕様に構成したことを特徴とする車両用回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機に関するもので、特に公称４２Ｖの高電圧電源を有する車両のスタータに用いられる車両用回転電機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
〔従来の技術〕
近年、地球温暖化を代表とする環境問題への対応のため、自動車搭載機器においても燃費向上、高効率化の研究が進められており、その一環として、エンジンで直接駆動されていた装置の電動化が推進されている。これは電動化することでエネルギー変換効率を向上させる狙いであるが、車両の電気負荷増大という観点では、従来よりのユーザの利便性追求の要請から各種搭載装置の電動化の進展と相まって、この高効率化のための電動化によって、今後一層電気負荷が増大する傾向は留まらないと見られている。そして、車両の電気負荷の増大の影響はまず車両用発電機の高出力化が必要となるが、それ以上に影響が大きいのは車両内の電気配線の重量増大である。
【０００３】
自動車用電源としては、一般的に公称１４Ｖの鉛バッテリが用いられており、比較的電圧としては低いため、例えば２ＫＷの出力の負荷が作用した場合、流れる電流は２００Ａ以上に達する。電気配線としてはこの電流通電による発熱を抑える必要があり、太線化が必要となって重量が増大する。この対応策として電源電圧を上げることにより電流を低減する検討が進められており、最も有力視されているのが４２Ｖ化の状況である。これは実際電圧としては３６Ｖであり、現行の１２Ｖの３倍の電圧である。従って、同出力の負荷の場合、１２Ｖ電源に対し電流値は三分の一にすることができる。発熱量は電流値の二乗に比例するため、発熱量を同等にする場合の電気配線重量は九分の一とすることができ、重量低減効果として大きな効果を得ることが可能である。
【０００４】
〔従来技術の不具合〕
一方、この電源の４２Ｖ化に当たって問題となるのがバッテリ上がり時の対応問題である。一般車両の殆どが１４Ｖである中で、４２Ｖ車両が出た場合、全ての車両が４２Ｖに代るまでの間、この車両がバッテリ上がりを起こした場合、従来より一般的に行われている別の車両のバッテリからバッテリ上がりを起こした車両へのブースタケーブル等による救援のための給電が容易にできないという問題が発生する。即ち電圧の高い４２Ｖに対し、電圧の低い１４Ｖからは給電はできず、逆に大電流が救援車側に流れて焼損事故等を起こす恐れがある。
【０００５】
この対応として、救援時にはエンジン始動用のスタータを４２Ｖのバッテリ回路から切り離して、外部からの救援電源のみに繋がるようにすればこの問題は解消する。また、４２Ｖ電源への移行の間、４２Ｖと１４Ｖの両方の電源を同時に持つ２電源車両も検討されているが、エンジン始動用のスタータは高い出力が必要であるため、必然的に大電流となることより４２Ｖ電源側に接続される４２Ｖ定格にすることが効果的である。この場合は１４Ｖバッテリが存在するため、バッテリ上がりの救援時には１４Ｖ電源側に外部からの１４Ｖ電源を接続でき、電圧違いによる不具合の発生の恐れはないが、車両内で１４Ｖ電源から４２Ｖ電源に対し給電を行うための昇圧を付加した昇降圧コンバータが必要になる。
なお、先行技術文献情報の記載はしない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
４２Ｖ電源のみの車両においては４２Ｖのエンジン始動用スタータを外部からの１４Ｖ電源で作動させた場合、印加電圧が三分の一しかないため、スタータの回転数も略三分の一になり、エンジンの始動に必要な回転数を満足しない事態が生じる。また、４２Ｖと１４Ｖの２電源車両においては、電源間の昇圧コンバータが必要になるためコストが増大するという問題がある。本発明はこの問題点に鑑みてなされたもので、回転電機自体を電圧の低い外部電源から給電した場合においても実用的にありうる温度範囲でエンジンの必要最小限の回転数を確保できるようにして、救援可能にしようとするものである。
【０００７】
本発明の目的は、電圧の低い外部電源から給電した場合においても実用的な温度範囲でエンジン始動の必要最小限の回転数を確保できる車両用回転電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
〔請求項１の手段〕
本発明では、公称４２Ｖ電圧の電源を有する車両のエンジン始動用スタータに用いられる車両用回転電機において、巻線仕様のそれぞれ異なる複数の界磁巻線を有すると共に、複数の界磁巻線のうち少なくとも一個の界磁巻線は電源に対し並列接続になるように構成したことを特徴とする。
【０００９】
これによれば、スタータに外部より１４Ｖ電源を接続して作動させた場合、並列接続された界磁巻線の印加電圧が低下するため、車両用回転電機は弱め界磁で作動することになり、印加電圧が低くても、回転数が増大することによりエンジンの所定の最低始動回転数を満足させることができる。
【００１０】
〔請求項２の手段〕
公称１４Ｖおよび４２Ｖ電圧の電源を共に有する車両のエンジン始動用スタータに用いられる車両用回転電機において、スタータの定格電圧が車両の４２Ｖの電源の電圧に適合したものに用いられ、巻線仕様のそれぞれ異なる複数の界磁巻線を有すると共に、複数の界磁巻線のうち少なくとも一個の界磁巻線は電源に対し並列接続になるように構成したことを特徴とする。
【００１１】
これによれば、スタータに外部より１４Ｖ電源を接続して作動させた場合、並列接続された界磁巻線の印加電圧が低下するため、車両用回転電機は弱め界磁で作動することになり、印加電圧が低くても回転数が増大することによりエンジンの所定の最低始動回転数を満足させることができる。また、このような電源構成の車両においては、通常救援時のためだけに１４Ｖ電源から高電圧の電源側へ昇圧して給電するためのコンバータを必要としているが、本発明の車両用回転電機をスタータに用いることによりコンバータをなくすことが可能となり、コスト低減を図ることができる。
【００１２】
〔請求項３の手段〕
請求項１または２に記載の車両用回転電機において、公称１４Ｖ電圧の電源により始動するとき、車両用回転電機は弱め界磁で作動され、極低温域を除いた概ね摂氏零度以上での所定の負荷条件におけるエンジンの最低始動回転数を満足するような界磁巻線仕様に構成したことを特徴とする。
【００１３】
これによれば、定格４２Ｖの回転電機を１４Ｖで作動したときに弱め界磁で作動されるので、実用的な低温度条件におけるエンジンの最低始動回転数を満足することができ、救援（始動）ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の最良の実施形態を、図に示す実施例１とともに説明する。
【実施例１】
【００１５】
〔実施例１の構成〕
図１は、本発明による車両用回転電機をスタータに用いた実施例１の回路図である。
モータ部１は電機子１Ｃ、直列界磁巻線１Ａ、並列界磁巻線１Ｂからなり、並列界磁巻線１Ｂは電源７０に対し並列接続となるように構成されている。直列界磁巻線１Ａは電機子１Ｃに対し直列接続になるように構成されている。スイッチ部２は、プルインコイル２Ａ、ホールディングコイル２Ｂからなり、双方の中間点からスイッチ端子２Ｄが引き出されている。スイッチ端子２Ｄは車両側のキースイッチ２Ｋを介して電源７０に接続されている。
【００１６】
図２は本発明のスタータ性能を回転数特性とトルク特性で示している。４２Ｖ定格の４２Ｖ時の作動性能Ａと、１４Ｖ時の作動性能を本発明品では作動性能Ｂで、従来品は作動性能Ｃで示したものであり、横軸に電流を、縦軸に回転数とトルクを取って、比較できるように並べて掲載している。右下がりの曲線群が回転数特性を、右上がりの直線群がトルク特性を示す。まず回転数特性について見てみると、特性Ａは複巻励磁の回転数特性を示し、直巻励磁と分巻励磁の中間の特性のものとなる。また、特性Ｂは特性Ａ仕様の回転電機を１４Ｖの低い電圧で作動させた場合の特性であるが、上述したように並列接続された界磁巻線のため弱め界磁で作動されるので低電圧であるが、回転数は増大しトルクは少し減少することとなる。特性Ｃは定格４２Ｖの直巻励磁式の回転電機を１４Ｖの低い電圧で作動させた場合の特性で、トルクは変わらないが回転数が特性Ａに比して略三分の一に減少する特性である。
【００１７】
所望のトルクに対し、本発明品の特性Ｂ（１４Ｖの低電圧で作動させる）ではトルクが少し減少した分電流が少し増加するが、その電流にて決まる回転数は点Ｂ１となる。一方、特性Ｃ（１４Ｖの低電圧で従来品を作動させる）ではトルクは変わらないので電流も変わらず、その電流にて決まる回転数は点Ｃ１となる。図より点Ｃ１は摂氏零度の最低始動回転数より低い回転数となり始動不可であるが、点Ｂ１では摂氏零度の最低始動回転数より高い回転数となって始動回転数を満足している。つまり、始動できることとなる。
【００１８】
図３は４２Ｖの電源２０のみを有する車両における、電源２０とスタータ４０および電源５０の関係を示した系統図である。４２Ｖ電源２０は切替スイッチ装置６０を介してスタータ４０に接続されており、切替スイッチ装置６０からは外部救援端子６１が出されており、１４Ｖ仕様の外部電源５０に接続可能な構成となっている。
【００１９】
図４は１４Ｖと４２Ｖの電源１０、２０を有する２電源車両における、電源１０、２０と本発明によるスタータ４０の関係を示す系統図である。４２Ｖ電源２０は切替スイッチ装置６０を介してスタータ４０に接続されており、切替スイッチ装置６０からは外部救援端子６１が出されており、１４Ｖ仕様の外部電源５０に接続可能な構成となっている。車両内に搭載される１４Ｖ電源１０と４２Ｖ電源２０間のコンバータ３１は降圧のみの方式である。
【００２０】
図５は従来のスタータ回路図である。ここで、モータ部１は電機子１Ｃ、直列界磁巻線１Ａのみからなり、直列界磁巻線１Ａは電機子１Ｃに対し直列接続になるように構成されている。スイッチ部２は、プルインコイル２Ａ、ホールディングコイル２Ｂからなり、双方の中間点からスイッチ端子２Ｄが引き出されている。スイッチ端子２Ｄは車両側のキースイッチ２Ｋを介して電源７０に接続されている。
図６は４２Ｖの電源２０のみを有する車両における従来の電源とスタータの関係を示す系統図である。外部には４２Ｖの端子２１のみが出されている。
図７は１４Ｖと４２Ｖの電源を有する２電源車両における従来の電源とスタータの関係を示した系統図であり、外部には１４Ｖの端子２１が出されている。車両内に搭載される１４Ｖ電源１０と４２Ｖ電源２０間のコンバータ３０は昇降圧方式が必要である。
【００２１】
〔実施例１の効果〕
本発明では界磁巻線に着目し、印加電圧が低いときに回転を上げる手段として電源に並列となる界磁巻線の構成を採用している。つまり、回転電機の回転数Ｎ＝Ｖ／（Ｋ・Φ）（Ｖ：印加電圧、Φ：界磁による磁束量、Ｋ：定数）であるため印加電圧Ｖが低下したときに磁束量Φも低下すればよく、具体的手段として界磁巻線の一部を電源に対して並列接続となるように構成することにより達成できる。これは１４Ｖと４２Ｖ間の電圧比が３倍あるということに着目したもので、４２Ｖ定格のスタータを１４Ｖで作動させることは三分の一の弱め界磁にするということであり、回転数増大効果を発揮することができる。一方、弱め界磁の一般的デメリットとして、整流悪化によるブラシ寿命低下という問題があるが、本適用では救援時のみであり、通常使用では全界磁での作動となるため問題とならない。
【００２２】
本発明の構成により、外部からの１４Ｖ電源による給電時に４２Ｖバッテリを切り離すスイッチのみの追加でバッテリ上がり時の救済（始動）が可能になる。また、４２Ｖと１４Ｖの２電源車両においても、両電源間のコンバータを昇降圧方式から単なる降圧方式とすることができるため、コスト的に効果がある。さらにこの方式においてもスタータを効率の優れた４２Ｖ定格とすることができるため、本来の目的である高効率化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】回転電機の作動回路図である（実施例１）。
【図２】回転電機の作動特性図である（実施例１）。
【図３】４２Ｖ単電源車両のスタ−タと電源の関係を示す系統図である（実施例１）。
【図４】４２Ｖ、１４Ｖの２電源車両のスタ−タと電源の関係を示す系統図である（実施例１）。
【図５】スタ−タの作動回路図である（従来例）。
【図６】４２Ｖ単電源車両のスタ−タと電源の関係を示す系統図である（従来例）。
【図７】４２Ｖ、１４Ｖの２電源車両のスタ−タと電源の関係を示す系統図である（従来例）。
【符号の説明】
【００２４】
１      モータ部
１Ａ    直列界磁巻線
１Ｂ    並列界磁巻線
１Ｃ    電機子
１０    １４Ｖ電源
２      スイッチ部
２Ａ    プルインコイル
２Ｂ    ホールディングコイル
２０    ４２Ｖ電源
３０    昇降圧式コンバータ
３１    降圧式コンバータ
４０    スタータ（車両用回転電機）
５０    外部電源
６０    切替スイッチ装置
【図１】
2006288044.tif 000003
【図２】
2006288044.tif 000004
【図３】
2006288044.tif 000005
【図４】
2006288044.tif 000006
【図５】
2006288044.tif 000007
【図６】
2006288044.tif 000008
【図７】
2006288044.tif 000009