(57)【要約】【課題】スリップリングの表面に酸化被膜が形成されている場合でも界磁電流を流して、出力電圧を確立することができる自励式交流発電機を提供する。【解決手段】電源部１０Ａと通電制御用スイッチ１０Ｂとを有して、電源部１０Ａから通電制御用スイッチ１０Ｂを通して一対のブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に十分に高い初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路１０を設ける。発電開始時に電機子コイルＷａの出力電圧が設定値に達するまでの間通電制御用スイッチ１０Ｂをオン状態に保ち、電機子コイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチ１０Ｂをオフ状態にするように通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路１１を設けた。【選択図】　　図１
2004072911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
電源部とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチとを有して、前記電源部から通電制御用スイッチを通して前記一対のブラシ間に直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時に前記電機子コイルの出力電圧が設定値に達するまでの間前記通電制御用スイッチをオン状態に保ち、前記電機子コイルの出力電圧が前記設定値に達したときに前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【請求項２】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
電源部とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチとを有して、前記電源部から通電制御用スイッチを通して前記一対のブラシ間に直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時に前記エキサイタコイルの出力電圧が設定値に達するまでの間前記通電制御用スイッチをオン状態に保ち、前記エキサイタコイルの出力電圧が前記設定値に達したときに前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【請求項３】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
電源部とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチとを有して、前記電源部から通電制御用スイッチを通して前記一対のブラシ間に直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時から設定時間の間前記通電制御用スイッチをオン状態に保ち、前記設定時間が経過した時に前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【請求項４】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
電源部とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチとを有して、前記電源部から通電制御用スイッチを通して前記一対のブラシ間に直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、前記界磁電流を検出する界磁電流検出器と、発電開始時に前記通電制御用スイッチをオン状態にし、前記界磁電流検出器により検出された界磁電流が設定値に達したことが検出されたときに前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【請求項５】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
前記内燃機関により駆動される磁石式交流発電機に設けられた発電コイルと、前記発電コイルの出力を整流する整流器とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチと前記内燃機関の始動が確認されたときにオン状態にされる機関始動確認スイッチとを備えて、前記発電コイルから前記通電制御用スイッチと機関始動確認スイッチと前記整流器とを通して前記一対のブラシ間に初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時に前記電機子コイルの出力電圧が設定値に達するまでの間前記通電制御用スイッチをオン状態に保ち、前記電機子コイルの出力電圧が前記設定値に達したときに前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【請求項６】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
前記内燃機関により駆動される磁石式交流発電機に設けられた発電コイルと、前記発電コイルの出力を整流する整流器とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチと前記内燃機関の始動が確認されたときにオン状態にされる機関始動確認スイッチとを備えて、前記発電コイルから前記通電制御用スイッチと機関始動確認スイッチと前記整流器とを通して前記一対のブラシ間に初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時に前記エキサイタコイルの出力電圧が設定値に達するまでの間前記通電制御用スイッチをオン状態に保ち、前記エキサイタコイルの出力電圧が前記設定値に達したときに前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【請求項７】
電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、前記１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、前記エキサイタコイルを電源として前記１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、前記回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機において、
前記内燃機関により駆動される磁石式交流発電機に設けられた発電コイルと、前記発電コイルの出力を整流する整流器とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチと前記内燃機関の始動が確認されたときにオン状態にされる機関始動確認スイッチとを備えて、前記発電コイルから前記通電制御用スイッチと機関始動確認スイッチと前記整流器とを通して前記一対のブラシ間に初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、前記界磁電流を検出する界磁電流検出器と、発電開始時に前記通電制御用スイッチをオン状態にし、前記界磁電流検出器により設定値以上の界磁電流が流れたことが検出されたときに前記通電制御用スイッチをオフ状態にするように前記通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを具備し、
前記スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して前記ブラシ及びスリップリングを通して界磁電流を流すことができるように、前記初期励磁電圧のレベルが設定されていること、
を特徴とする自励式交流発電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関により駆動される自励式交流発電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自励式の交流発電機は、電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、エキサイタコイルを電源として１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とにより構成される。発電機の出力電圧を制御する必要がある場合には、励磁回路に電圧調整器が設けられ、該電圧調整器により、発電機の出力電圧を調整値に保つように、励磁回路から界磁コイルに供給される界磁電流が制御される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自励式交流発電機のスリップリングとしては、例えば銅または銅合金からなるものが用いられるが、このようなスリップリングを用いた場合、発電機が設置される環境によっては、発電機の運転を停止している間にスリップリングの表面に酸化皮膜が形成されることがある。
【０００４】
自励式の交流発電機では、起動時に、ロータの鉄心の残留磁気や起動用の磁石によりエキサイタコイルに誘起させた低レベルの電圧で界磁電流を流すため、スリップリングの表面に酸化皮膜が形成されていると、発電機の起動時に十分な界磁電流を流すことができず、発電機の電圧を確立することができなくなるおそれがある。
【０００５】
このような状態が生じた場合には、発電機を分解してスリップリングの酸化皮膜を除去するためのクリーニングをするか、またはスリップリングを交換する必要があるため、面倒であった。
【０００６】
また特に湿度が高いなどの劣悪な環境で使用される発電機の場合には、ステンレス鋼などからなる高価なスリップリングを用いる必要があり、発電機のコストが高くなるという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、起動時にスリップリングの表面の酸化被膜により界磁電流が抑制されるのを防いで、電圧の確立に失敗することがないようにした自励式交流発電機を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電機子コイル及びエキサイタコイルを有する固定子と、１対のスリップリングと該１対のスリップリングに両端が接続された界磁コイルとを有する回転子と、１対のスリップリングにそれぞれ接触する１対のブラシと、エキサイタコイルを電源として１対のブラシ間に励磁電圧を供給する励磁回路とを備えて、回転子が内燃機関により駆動される自励式交流発電機を対象とする。
【０００９】
本発明においては、電源部とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチとを有して、電源部から通電制御用スイッチを通して一対のブラシ間に直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時に電機子コイルの出力電圧が設定値に達するまでの間通電制御用スイッチをオン状態に保ち、電機子コイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチをオフ状態にするように通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを設け、スリップリングの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊してブラシ及びスリップリングを通して界磁巻線に電流を流すことができるように、初期励磁電圧のレベルを設定する。
【００１０】
上記のような初期励磁電圧供給回路を設けると、スリップリングの表面に酸化被膜が形成されている場合でも、界磁コイルに所定の界磁電流を流すことができる。ひとたび界磁電流が流れだすと、ジュール熱と、ブラシとスリップリングとの間に生じる相対的な摺動運動とによりスリップリングの表面の酸化皮膜が除去されるため、発電機の出力電圧を支障なく確立させることができる。
【００１１】
上記の構成では、発電開始時に電機子コイルの出力電圧が設定値に達するまでの間通電制御用スイッチをオン状態に保ち、電機子コイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチをオフ状態にするようにスイッチ制御回路を構成しているが、発電開始時にエキサイタコイルの出力電圧が設定値に達するまでの間通電制御用スイッチをオン状態に保ち、エキサイタコイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチをオフ状態にするようにスイッチ制御回路を構成してもよい。
【００１２】
また界磁電流を検出する界磁電流検出器を設けて、発電開始時に通電制御用スイッチをオン状態にし、界磁電流検出器により界磁電流が設定値に達したことが検出されたときに通電制御用スイッチをオフ状態にするようにスイッチ制御回路を構成してもよい。
【００１３】
更に、発電開始時から設定時間の間通電制御用スイッチをオン状態に保ち、設定時間が経過した時に通電制御用スイッチをオフ状態にするようにスイッチ制御回路を構成してもよい。
【００１４】
本発明の好ましい態様では、上記電源部が、内燃機関により駆動される磁石式交流発電機に設けられた発電コイルと、該発電コイルの出力を整流する整流器とにより構成される。
【００１５】
この場合には、オンオフ制御が可能な通電制御用スイッチの外に、内燃機関の始動が確認されたときにオン状態にされる機関始動確認スイッチを設けて、発電コイルから通電制御用スイッチと機関始動確認スイッチと整流器とを通して一対のブラシ間に初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路と、発電開始時に電機子コイルの出力電圧が設定値に達するまでの間通電制御用スイッチをオン状態に保ち、電機子コイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチをオフ状態にするように通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路とを設けるようにしてもよい。
【００１６】
上記のように、機関始動確認スイッチを設ける場合も、通電制御用スイッチは、前記したような種々の構成をとることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
図１は、本実施形態の電気的構成を示す回路図、図２は本発明に係わる自励式交流発電機の機械的構成の一例を示した半部縦断面図、図３は図２のＡ−Ａ線断面図である。
【００１９】
本実施形態の自励式交流発電機は汎用の内燃機関駆動発電機として用いられるもので、図２及び図３において１は固定子、２は回転子である。固定子１は、鋼板の積層体からなる環状の固定子鉄心１０１と、鉄心１０１のスロットに巻回されたコイル１０２と、固定子鉄心１０１の軸線方向の一端側に嵌合されたほぼカップ状のエンドカバー１０３とを備えている。鉄心１０１の軸線方向の他端側の端部は、図示しない内燃機関のケースに一体に設けられた円筒状のエンドカバー３に嵌合され、エンドカバー１０３と内燃機関のケース側に設けられたエンドカバー３とが、通しボルトにより締結されて、固定子１が機関のケースに固定される。
【００２０】
固定子鉄心１０１に巻回されたコイル１０２は、電機子コイルＷａとエキサイタコイルＷｅとからなっていて、エキサイタコイルの両端はエンドカバー１０３の内側に設けられたリブに固定された自動電圧調整器ＡＶＲの入力端子に接続されている。またエンドカバー１０３のリブに固定されたブラシホルダ１０５に１対のブラシ１０６ａ及び１０６ｂが保持され、これらのブラシにＡＶＲの１対の出力端子が接続されている。
【００２１】
回転子２は、エンドカバー１０３に軸受２０１を介して一端が回転自在に支持された回転軸２０２と、鋼板の積層体からなっていて回転軸２０２に取り付けられた回転子鉄心２０３と、鉄心２０３に取り付けられたボビン２０４に巻回された界磁コイルＷｆと、回転軸２０２の一端側に絶縁部材２０５を介して取り付けられてブラシ１０６ａ及び１０６ｂにそれぞれ接触させられた１対のスリップリング２０６ａ及び２０６ｂとを備え、スリップリング２０６ａ及び２０６ｂにそれぞれ界磁コイルＷｆの一端及び他端が接続されている。またこの例では、回転子鉄心２０３に起動用の永久磁石２０７が取り付けられている。スリップリング２０６ａ，２０６ｂとしては、銅または銅合金等からなる標準品が用いられている。
【００２２】
回転軸２０１の他端には、該回転軸と中心軸線を共有するクランク軸嵌合穴２０８が形成され、このクランク軸嵌合穴に内燃機関のクランク軸の先端が嵌合されて、回転軸２０１と機関のクランク軸とがそれぞれの中心軸線を共有した状態で連結される。
【００２３】
自動電圧調整器ＡＶＲは、電機子コイルＷａの両端の電圧を検出して、検出した電圧を調整値に保つようにエキサイタコイルＷｅから界磁コイルＷｆに与える界磁電流を制御するもので、この例では、エキサイタコイルＷｅと、自動電圧調整器ＡＶＲとにより、エキサイタコイルＷｅを電源として１対のブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に励磁電圧を供給する励磁回路が構成されている。
【００２４】
本実施形態の発電機の電気的構成は図１に示した通りで、エキサイタコイルＷｅから自動電圧調整器ＡＶＲと、ブラシ１０６ａ，１０６ｂと、これらのブラシに摺動接触するスリップリング２０６ａ，２０６ｂとを通して界磁コイルＷｆに界磁電流が供給されている。電機子コイルＷａの両端には負荷５が接続され、電機子コイルＷａの両端の電圧が自動電圧調整器ＡＶＲに入力されている。
【００２５】
この発電機においては、図示しない内燃機関により回転子２が回転駆動されたときに、回転子鉄心に取り付けられた起動用磁石２０７の磁気により固定子１に設けられたエキサイタコイルＷｅ及び電機子コイルＷａに電圧が誘起する。エキサイタコイルＷｅに誘起する電圧により自動電圧調整器ＡＶＲを通して界磁コイルＷｆに界磁電流が供給されるため、該界磁コイルにより回転子鉄心２０３が励磁され、エキサイタコイルＷｅに誘起する電圧が上昇していく。これにより電機子コイルＷａに誘起する電圧が上昇していき、やがて、電機子コイルＷａの出力電圧が定格値に達する（電機子コイルの出力電圧が確立する）。
【００２６】
自動電圧調整器ＡＶＲは、電機子コイルＷａの出力電圧Ｖａを調整値と比較して、出力電圧Ｖａと調整値との偏差を零にするように界磁巻線Ｗｆに供給する界磁電流を調整する。
【００２７】
発電機の起動時にエキサイタコイルＷｅに誘起する電圧は低レベルであるため、スリップリング２０６ａ，２０６ｂの表面に酸化皮膜が形成されていると、界磁コイルＷｆに十分な界磁電流を流すことができず、発電機の電圧を確立することができなくなるおそれがある。
【００２８】
そこで、本実施形態においては、電源部１０Ａとオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチ１０Ｂとを有して、電源部１０Ａから通電制御用スイッチ１０Ｂを通して一対のブラシ間に直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路１０と、発電開始時に電機子コイルＷａの出力電圧が設定値に達するまでの間通電制御用スイッチ１０Ｂをオン状態に保ち、電機子コイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチ１０Ｂをオフ状態にするように通電制御用スイッチを制御するスイッチ制御回路１１とを設けて、発電開始時に初期励磁電圧供給回路１０からブラシ１０６ａ，１０６ｂとスリップリング２０６ａ，２０６ｂとを通して界磁コイルＷｆに初期励磁電圧を印加するようにしている。上記電機子コイルの出力電圧の設定値は、例えば、電機子コイルの定格出力電圧の８０％程度の値に設定する。
【００２９】
また初期励磁電圧は、スリップリング２０６ａ，２０６ｂの表面に形成された酸化被膜による絶縁を破壊して、ブラシ１０６ａ，１０６ｂ及びスリップリング２０６ａ，２０６ｂを通して界磁コイルＷｆに界磁電流を流すために必要にして十分なレベルに設定しておく。
【００３０】
スリップリング２０６ａ，２０６ｂの表面に形成される酸化被膜の厚さは、発電機が設置される環境（湿度、温度など）や、発電機の運転が休止される期間の長さなどにより変わる。従って、上記初期励磁電圧のレベルは、発電機が設置される環境や、発電機の運転が休止される期間の長さなどの発電機の運転状況を考慮して実験的に決定する。
【００３１】
図１に示した例では、内燃機関に別途取り付けられた磁石発電機内に設けられた発電コイルＬａが電源部１０Ａとして用いられている。通電制御用スイッチ１０Ｂは、スイッチ制御回路１１により励磁電流が制御されるリレーＲＹ１の常閉接点Ｒｙ１ｂからなっていて、発電コイルＬａの一端が接点Ｒｙ１ｂを通して絶縁トランス１０Ｃの一次コイルの一端に接続されている。
【００３２】
またこの例では、発電コイルＬａの他端がリレーＲＹ２の常開接点Ｒｙ２ａを通してトランス１０Ｃの一次コイルの他端に接続され、接点Ｒｙ１ｂ及びＲｙ２ａの双方が閉じているときに発電コイルＬａの出力がトランス１０Ｃの一次コイルに印加されるようになっている。トランス１０Ｃの二次コイルの両端に得られる交流電圧は、ダイオードブリッジ全波整流器１０Ｄに入力され、該整流器１０Ｄから出力される直流電圧がブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に印加されている。
【００３３】
なお図１には、電機子コイルＷａが１つだけ設けられているが、複数の負荷を個別に駆動するために複数の電機子コイルを設ける場合もある。
【００３４】
またこの実施形態では、発電コイルＬａの出力電圧が電圧調整機能を有する整流回路１２を介してバッテリ１３の両端に印加され、発電コイルＬａの出力でバッテリ１３が充電されるようになっている。バッテリ１３の正極端子はキースイッチ１４の可動接点１４ａに接続され、キースイッチの第１の可動接点１４ｂとバッテリ１３の負極端子との間に始動検出回路１５を通してリレーＲＹ３の励磁コイルが接続されている。またキースイッチの第２の固定接点１４ｃとバッテリ１３の負極端子との間に電磁接触器ＭＣの励磁コイルが、リレーＲＹ３の常閉接点Ｒｙ３ｂを介して接続され、キースイッチの可動接点１４ａが固定接点１４ｃに接触したときに電磁接触器ＭＣが励磁されるようになっている。
【００３５】
キースイッチの第２の固定接点１４ｃとバッテリの負極端子との間にはまた、電磁接触子ＭＣの常開接点Ｍｃａを通して内燃機関始動用電動機ＳＴが接続され、電磁接触器ＭＣが励磁されてその接点Ｍｃａが閉じたときに電動機ＳＴに電機子電流が与えられて該電動機が駆動されるようになっている。
【００３６】
またリレーＲＹ３に常開接点Ｒｙ３ａが設けられていて、バッテリ１３の両端の電圧が常開接点Ｒｙ３ａを通してリレーＲＹ２の励磁コイルに印加されている。
【００３７】
キースイッチ１４は一般に用いられているもので、キーの２段階の操作により、可動接点１４ａが第１の固定接点１４ｂから離れた状態になるオフ状態と、可動接点１４ａが第１の固定接点１４ｂのみに接触した状態になる第１のオン状態と、可動接点１４ａが第１の固定接点１４ｂと第２の固定接点１４ｃとの双方に接触した状態になる第２のオン状態とに切り換えられるようになっている。即ち、図示しないキーを一方向に１段階操作したときに可動接点１４ａが第１の固定接点１４ｂに接触し、その状態でバネの付勢力に抗してキーの２段階目の操作をしたときに可動接点１４ｂが、固定接点１４ｂとの接触を維持しつつ第２の固定接点１４ｃに接触し、この状態でキーから手を離したときに可動接点１４ａが第１の固定接点１４ｂのみに接触した状態に戻るようになっている。
【００３８】
始動検出回路１５は、キースイッチ１４の第１の固定接点１４ｂとリレーＲＹ３の励磁コイルとの間をオンオフする励磁制御用スイッチ１５ａと、内燃機関の始動が完了したことを検出したときに励磁制御用スイッチ１５ａをオン状態にする始動検出部１５ｂとを備えたものである。始動検出部１５ｂは、例えば、発電コイルＬａの誘起電圧を検出して、該誘起電圧が設定値を超えたときに内燃機関の始動が完了したことを検出するように構成される。
【００３９】
本実施形態では、リレーＲＹ２により、内燃機関の始動が確認されたときにオン状態にされる機関始動確認スイッチ１０Ｅが構成されている。
【００４０】
図１に示した自励式交流発電機において、内燃機関の始動時にキースイッチ１４の可動接点１４ａを第１の固定接点１４ｂに接触させると、バッテリ１２の出力電圧が始動検出回路１５の励磁制御用スイッチ１５ａを通してリレーＲＹ３の励磁コイルに印加されるが、最初は始動検出部１５ｂが内燃機関の始動完了を検出しておらず、励磁制御用スイッチ１５ａが開いているため、リレーＲＹ３は励磁されない。そのため、リレーＲＹ３の接点Ｒｙ３ｂは閉じた状態にある。この状態でキースイッチの可動接点１４ａが第２の固定接点１４ｃに接触させられると、バッテリ１３から電磁接触子ＭＣの励磁コイルに電流が流れるため、電磁接触子の接点Ｍｃａが閉じる。これによりバッテリ１３から始動用電動機ＳＴに電機子電流が流れるため、該電動機ＳＴが回転して機関の始動操作が行われる。
【００４１】
内燃機関の始動が完了すると、始動検出回路１５の始動検出部１５ｂがこれを検出して励磁制御用スイッチ１５ａを閉じるため、リレーＲＹ３が励磁されて、その接点Ｒｙ３ｂが開く。これにより電磁接触子ＭＣが消勢されるため、接点Ｍｃａが開き、始動用電動機ＳＴへの電機子電流の供給が停止する。
【００４２】
また機関の始動が完了してリレーＲＹ３が励磁されると、接点Ｒｙ３ａが閉じるため、リレーＲＹ２が励磁される。これにより接点Ｒｙ２ａが閉じるため、発電コイルＬａの出力電圧がリレーＲＹ１の接点Ｒｙ１ｂと、リレーＲＹ２の接点Ｒｙ２ａとを通してトランス１０Ｃの一次コイルに印加される。これにより、整流器１０Ｄを通してブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に初期励磁電圧が印加される。
【００４３】
従って、機関の始動が完了してリレーＲＹ２の接点Ｒｙ２ａが閉じると、発電コイルＬａからトランス１０Ｃと整流器１０Ｄとを通してブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に初期励磁電圧が印加される。これにより界磁コイルＷｆに界磁電流が供給されるため、エキサイタコイルＷｅ及び電機子コイルＷａの出力電圧が上昇していく。初期励磁電圧の印加により、ブラシ１０６ａ，１０６ｂとスリップリング２０６ａ，２０６ｂとを通して一度界磁電流が流れると、界磁電流により生じるジュール熱と、ブラシとスリップリングとの間に生じる相対的な摺動運動とによりスリップリング２０６ａ，２０６ｂの表面の酸化皮膜が除去されるため、界磁電流は増大していき、電機子コイルＷａの誘起電圧が上昇していく。
【００４４】
電機子コイルＷａの出力電圧が設定値に達すると、スイッチ制御回路１１がこれを検出してリレーＲＹ１を励磁するため、このリレーの接点Ｒｙ１ｂが開く。これにより、発電コイルＬａがトランス１０Ｃから切り離されるため、整流回路１０Ｄからブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に印加されていた初期励磁電圧が除去される。以後は、エキサイタコイルＷｅの出力により自動電圧調整器ＡＶＲを通して界磁コイルＷｆに界磁電流が供給されて自励式交流発電機の運転が行われる。
【００４５】
上記のように、初期励磁電圧供給回路１０を設けると、スリップリング２０６ａ，２０６ｂの表面に酸化被膜が形成されている場合でも、界磁コイルＷｆに所定の界磁電流を流すことができるため、発電機の出力電圧を支障なく確立させることができる。
【００４６】
上記の例では、スイッチ制御回路１１が電機子コイルＷａの出力電圧を監視して、該電機子コイルの出力電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチ１０Ｂを構成するリレーＲＹ１の接点Ｒｙ１ｂを開くようにしているが、電機子コイルＷａの誘起電圧を検出する代わりに、エキサイタコイルＷｅの誘起電圧を検出して、検出したエキサイタコイルの誘起電圧が設定値に達したときに通電制御用スイッチ１０Ｂを開くように、スイッチ制御回路１１を構成してもよい。
【００４７】
また、発電開始時から設定時間の間通電制御用スイッチ１０Ｂをオン状態に保ち、設定時間が経過した時に通電制御用スイッチ１０Ｂをオフ状態にするようにスイッチ制御回路１１を構成することもできる。この場合、スイッチ制御回路１１は、例えば、機関の始動が完了したときに計時動作を開始して計時動作を行っている間リレーＲＹ１への励磁電流の供給を停止し、計時動作が完了したときにリレーＲＹ１に励磁電流を供給するタイマ回路により構成することができる。
【００４８】
また、界磁コイルＷｆに供給される界磁電流を検出する界磁電流検出器を設けて、発電開始時に通電制御用スイッチ１０Ｂをオン状態にし、界磁電流検出器により検出された界磁電流が設定値に達したことが検出されたときに通電制御用スイッチ１０Ｂをオフ状態にするようにスイッチ制御回路１１を構成するようにしてもよい。
【００４９】
図１に示した例では、通電制御用スイッチ１０Ｂと機関始動確認スイッチ１０Ｅとをトランス１０Ｃの一次コイルの異なる端部側に設けているが、トランス１０Ｃの一次コイルの同じ端部側に通電制御用スイッチ１０Ｂと機関始動確認スイッチ１０Ｅとを互いに直列に接続された状態で設けるようにしてもよい。例えば、図１において、通電制御用スイッチ１０Ｂとトランス１０Ｃの一次コイルの一端との間に機関始動確認スイッチ１０Ｅを挿入するようにしてもよい。
【００５０】
内燃機関の始動時に始動用電動機ＳＴが駆動されている間は、バッテリ１３の両端の電圧が大きく低下するため、発電コイルＬａからバッテリ１３に大きな充電電流が流れ、発電コイルＬａの負荷が大きくなる。従って、機関の始動開始時にいきなり発電コイルＬａの整流出力をブラシ１０６ａ，１０６ｂ間に印加するようにすると、発電コイルＬａにかかる負担が大きくなり、ブラシ間に十分に高い初期励磁電圧を印加することができないおそれがある。
【００５１】
これに対し、上記の実施形態のように、機関始動確認スイッチ１０Ｅを設けて、機関の始動完了が確認された後に初期励磁電圧の供給を開始するようにすると、発電コイルＬａに大きな負担をかけることなく、ブラシ間に十分に高い初期励磁電圧を印加することができる。
【００５２】
しかしながら、本発明は、上記のように機関始動確認スイッチ１０Ｅを設ける場合に限定されるものではなく、例えば、機関始動用電動機ＳＴを駆動するバッテリとは別個のバッテリを電源部として、該電源部から通電制御用スイッチを介してブラシ間に初期励磁電圧を印加するように構成する場合には、機関始動確認スイッチ１０Ｅを省略することができる。
【００５３】
図１に示した例において、トランス１０Ｃは、発電コイルＬａと整流回路１０Ｄとの間を絶縁するために設けられている。両者の間を絶縁する必要がない場合には、トランス１０Ｃを省略することができる。
【００５４】
上記の例では、通電制御用スイッチや機関始動確認スイッチとしてリレーを用いたが、これらのスイッチを半導体スイッチ素子により構成することができるのはもちろんである。
【００５５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、電源部とオンオフ制御が可能な通電制御用スイッチとを有して、電源部から通電制御用スイッチを通して一対のブラシ間に十分に高い直流の初期励磁電圧を印加する初期励磁電圧供給回路を設けたので、スリップリングの表面に酸化被膜が形成されている場合でも、界磁コイルに所定の界磁電流を流して、スリップリングの表面の酸化皮膜を除去することができる。スリップリングの酸化皮膜の除去は、発電機を始動する毎に自動的に行われるため、スリップリングを交換や、スリップリングのクリーニング等の面倒なメンテナンス作業を行うことなく、発電機の運転を長期間にわたって安定に行わせることができる。
【００５６】
また本発明によれば、発電機が高湿度の劣悪な環境で使用される場合でも、スリップリングとして高価なステンレス鋼製のものを用いる必要がないため、発電機のコスト及びメンテナンス費用が高くなるのを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の電気的な構成を示した回路図である。
【図２】本発明の実施形態の自励式交流発電機の機械的構成を示した半部縦断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【符号の説明】
１…固定子、１０１…固定子鉄心、１０２…コイル、１０６ａ，１０６ｂ…ブラシ、２…回転子、２０６ａ，２０６ｂ…スリップリング、Ｗａ…電機子コイル、Ｗｅ…エキサイタコイル、Ｗｆ…界磁コイル。
【図１】
2004072911.tif 000003
【図２】
2004072911.tif 000004
【図３】
2004072911.tif 000005