(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ステータコアのスロット内にコイルを配置した交流・直流出力の携帯型発電機において、
スロット内に別コイルとして配置された交流出力用コイルおよび交流・直流併用コイルと、
前記交流・直流併用コイルの交流出力を整流して直流に変換する整流素子と、
直流出力が必要なときは、前記交流出力用コイルを開放して交流出力を禁止し、前記交流・直流併用コイルの交流出力を整流素子に繋ぎ該素子から直流出力させ、かつ交流出力が必要なときは、前記整流素子との接続を開放して直流出力を禁止し、交流・直流併用コイルと前記交流出力用コイルとを直列接続して、全てのコイルから一括して交流出力させるようにした切り換えスイッチとを有することを特徴とする携帯型発電機の出力構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、携帯型エンジン発電機等の携帯型発電機の出力構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、携帯型エンジン発電機の全体レイアウトの例を図７に示す。
携帯型エンジン発電機は、原動機１、単相交流発電機２、燃料タンク３とその前面に固定された操作パネル４、側面のエアクリーナー５、後面の排気消音カバー６より主に構成されており、原動機１のクランク軸と発電機２の軸は同軸上に直結されており、一体となって下部に設けられた足部７の防振ゴム７ａを介して接地されている。
そして、原動機は空冷４サイクルのガソリンエンジンであり、始動は引き紐式（リコイルスタータ式）のものである。
【０００３】
操作パネル４は、ベースとなる鉄板上に操作表示を施した塩化ビニールシートを貼り付け、その上より発電状態を表示するパイロットランプ８、発電した交流出力を負荷に供給するためのコンセント９、交流出力過負荷保護装置であるＡＣサーキットプロテクター１０、エンジンを停止させるためのエンジンスイッチ１１、さらに直流出力をバッテリ充電用に供給するためのターミナル端子「＋極，−極」１２、直流出力過負荷保護装置であるＤＣサーキットプロテクター１３が組み込まれている。
【０００４】
発電機は、解放型、内扇冷却、自励式の単相交流発電機であり、固定子１４、回転子１５およびアルミニウム鋳物のブラケット１６より構成されている。また固定子１４のコイルは交流出力コイル、直流出力コイル、励磁用のエキサイタコイルに分類される。また、回転子はロータコイルとなる。
【０００５】
発電機の回路構造例を図８、図９に、回路図を図１０、図１１に示す。また、固定子１４のステータコアに対する各コイルのスロットへの巻状態を図１２に示す。
通常、直流出力は、図８、図１０に示すように、交流出力コイル１７の一部より取り出して整流器２１で直流に変換させる中間タップ方式と、図９、図１１に示すように、交流出力コイル１７とは別に直流出力コイル１８を設けて、そのコイル１８より交流出力を取り出して整流器２１で直流に変換させる分離巻方式とがある。なお、前記コイル１７の交流出力と整流器２１の直流出力は操作パネル側にコネクタ２５を介して（Ｒ，Ｂｒ端子で交流が、Ｂ，Ｗ端子で直流が、Ｇ／Ｙでアースが）伝達されるようになっている。また、符号１９と１９ａはエキサイタコイルとそのコンデンサ、２６ａはマグネト、２６ｂはスパークプラグ、２７はオイルセンサ、２８はオイルアラームユニットである。
【０００６】
一般に、前者の中間タップ方式は、国内規格と特殊でない輸出国の仕向地として対応したもので、コスト的には安価な構造である。
一方、後者の分離巻方式は、ヨーロッパ規格、カナダ規格等の仕向地として交流コイルと直流コイル間に絶縁保護を確実に行うために対応した構造（直流使用時に何らかのトラブルにより高電圧が発生しないための構造）である。
しかるに、この分離巻方式は、出力線取り出し部の絶縁保護を確実に行うため、熟練者による手作業で絶縁紙を設置（交流出力線と直流出力線の間に設置）し、非常に作業負荷が高くコスト高になっていた。
【０００７】
さらに、小型、軽量、高出力を求められるなか、発電出力能力限界まで引き出すために交流出力コイルを可能な限り巻き付ける。しかし、図１２に示すように、ステータコア２２のコイルを挿入するスロット２３は全部で例えば３６スロットあり、その１つのスロット２３に巻くことのできるコイルには限界があり、その限界を超えてしまうとコイルをスロットに挿入できなかったり、コイルの冷却効率の低下に繋がったりする悪影響を引き起こす。
その条件の中、交流出力コイルを挿入する空きスロット（２３ａ）が減り、中間タップ方式に比べて出力を下げることを余儀なくされるものである。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、昨今、この種の携帯発電機の規格整合化に向けて、国内規格はもとより世界的にＩＳＯに準じた設計的対応が必要になってきた。
そのため直流出力構造としては後者の分離巻構造が必要となるが、それには、以下の問題がある。
【０００９】
１）熟練者の高齢化に伴い、分離巻に対応できる人材の枯渇が生じる。
２）手作業で製造するため、コスト高になる。また、全仕様に対応することで台数が増加し、生産量の対応が不可能になる。
３）小型の発電機になればなるほど巻線作業性が悪い。
４）発電出力の能力を限界まで引き出すとしても、小型、軽量、高出力には不利な構造である。また、小型化できない分コストアップとなる。
５）交流、直流の同時使用は、負荷側に確実に電力を供給できない場合があるため、同時使用を禁止する表示はしている。しかし、実際には交流・直流の同時出力がなされているため、確実な保護策ではない。
【００１０】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであって、分離巻と同等の絶縁性能を確保し、さらに交流出力性能を向上させることができ、また、コイル成型作業を自動化でき作業効率の向上を図ることができ、熟練者でなくても確実な商品化ができるようにし得る携帯型発電機の出力構造を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するため、次の構成を有する。
本発明は、ステータコアのスロット内にコイルを配置した交流・直流出力の携帯型発電機において、スロット内に別コイルとして配置された交流出力用コイルおよび交流・直流併用コイルと、前記交流・直流併用コイルの交流出力を整流して直流に変換する整流素子と、直流出力が必要なときは、前記交流出力用コイルを開放して交流出力を禁止し、前記交流・直流併用コイルの交流出力を整流素子に繋ぎ該素子から直流出力させ、かつ交流出力が必要なときは、前記整流素子との接続を開放して直流出力を禁止し、交流・直流併用コイルと前記交流出力用コイルとを直列接続して、全てのコイルから一括して交流出力させるようにした切り換えスイッチとを有することを特徴とする携帯型発電機の出力構造である。
【００１２】
本発明によれば、発電機において、スロット内に交流出力用コイルおよび交流・直流併用コイルを分離して配置し、切り換えスイッチにより直流出力が必要なときは前記併用コイルの交流出力を整流素子に繋ぎ該素子から直流出力させ、かつ交流出力が必要なときは交流・直流併用コイルの交流出力を利用できるようにしたので、交流出力の必要なときには交流出力用コイルと交流・直流併用コイルとの双方の出力を利用でき、このため、従来の直流出力専用コイルを設けるのに比較して同じ交流出力を得るのに交流出力用コイルが少なくて済みつまり使用スロットを少なくすることができる。
したがって、空きスロットが従来よりも多くなるので、この空きスロットに交流出力コイルを多く巻くことが可能になり、小型・軽量で高出力の発電機設定が可能になる。また、同一出力ならば、従来発電機に比較して小型化でき、ステータコアやロータコアの積層を縮小してコストダウンに繋がる。
空きスロットができた分、一つのスロットに無理なコイルを巻き込む必要がなくなり、コイル挿入時の作業性が向上する。また、スロット内にスペースができたことでコイル冷却効率が向上する。
交流・直流併用コイルの出力端子からは基本的に交流電圧が出力されるので、分離巻と同等の絶縁性能を確保しつつ、従来のように直流出力端子と交流出力端子の絶縁が必要がなくなると共に、さらに交流出力性能を向上できる。
また、手作業による絶縁作業が不要であるのでコイル成形作業を自動化でき、作業効率を向上でき、また、熟練者による対応なくても確実に製品化でき、後継者の問題もなくなる。絶縁紙が廃止でき、コストダウンできる。また、他機種への波及効果が大きい。
【００１３】
ここで、従来発電機で交流・直流の同時使用は負荷側に確実な電力供給ができない場合があるため、表示にて禁止していたが、構造的に交流と直流が出力されている状態のため、確実な保護策はできていなかった。
これに対して、切り換えスイッチを、交流・直流併用コイル直流出力選択時には交流出力用コイルを解放して、交流出力を禁止する構造にするので、直流使用時には交流コイル出力は確実になくなり、絶縁的に確実な保護ができる。
また、本発明において、切り換えスイッチは、交流出力選択時には整流素子との接続を禁止し、かつ交流出力用コイルと交流・直流併用コイルとの双方から直列接続などにより一括して交流出力させるようにするので、スロット内のコイルを交流出力時に無駄なく使用でき出力に余裕ができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は実施形態にかかる発電機の回路構造説明図（交流出力時）、図２は同説明図（直流出力時）、図３は図２の等価回路、図４は各コイル回路図、図５はステータ巻線のスロット配置説明図、図６は操作パネルの正面視説明図である。
図１〜図３に示すように、ステータコア２２のスロット２３内にコイルを配置した交流・直流出力のエンジン駆動の携帯型の発電機である。この発電機の全体構造は図７に示したものを一例として上げることができるので、詳細説明は省略する。
【００１５】
この発電機は、図１〜図５に示すように、固定子１４のスロット２３内に交流出力用コイル３０および交流・直流併用コイル３１が別コイルとして配置されている。また、発電機とは別に図６に示す操作パネル４には、前記併用コイル３１の交流出力を整流して直流に変換するブリッジ型整流器（整流素子）２１（パネル裏面に配設し図示省略）と、直流出力が必要なときは前記併用コイル３１の交流出力を前記整流器２１に繋ぎ該整流器２１から直流出力させ、かつ交流出力が必要なときは交流・直流併用コイル３１の交流出力を利用できるようにした切り換えスイッチ３２ａ，３２ｂとを有した構造としている。
【００１６】
より詳細には、ステータ２２側には、交流出力用コイル３０および交流・直流併用コイル３１が別コイルで配置されるが、両コイルの出力側が、コネクタ２５を介して（交流出力コイル３０がＲ，Ｂｒ、交流・直流併用コイル３１がＢ，Ｗで、アース線がＧ／Ｙで）操作パネル４側に繋がるものになっている。
操作パネル４側には、コモンＣからＡＣ極とＤＣ極に切り換える２極双投スイッチ（３２ａ、３２ｂ）が対で連動するようにして設けられる。また、操作パネル４側には整流器２１も設けられる。
【００１７】
交流出力コイル３０のＲ端子はコネクタ２５からＡＣサーキットプロテクタ１０を経由してＡＣコンセント９の一極とパイロットランプ８の一極に接続されており、Ｂｒ端子は一方の切り換えスイッチ３２ａのＡＣ極に接続される。また、交流・直流併用コイル３１のＷ端子はコネクタ２５を経由して一方の切り換えスイッチ３２ａのコモンＣに接続されており、Ｂ端子はコネクタ２５を経由して他方の切り換えスイッチ３２ｂのコモンＣに接続されている。また、一方の切り換えスイッチ３２ａのＤＣ側は整流器２１の一つの交流入力端に接続され、他方切り換えスイッチ３２ｂのＤＣ側は整流器２１のもう一つの交流入力端に接続されている。他方の切り換えスイッチ３２ｂのＡＣ側は前記ＡＣコンセント９の他極とパイロットランプ８の他極に接続されている。
前記整流器２１の出力端は、直流出力のターミナル端子１２に接続される。
なお、コネクタ２５のＧ／Ｙ端子のアースはコンセント９のアース端子とエンジンスイッチのアース極側に接続される。
【００１８】
前記発電機において、交流出力時には、図１に示すように、切り換えスイッチ３２ａ，３２ｂ双方をＡＣ側に入れて運転する。交流出力コイル３０のＲ端子からＡＣサーキットプロテクター１０を介して、コンセント９の一つの極に接続されている。また、交流出力コイル３０のＢｒ端子は切り換えスイッチ３２ａのＡＣ側からコモンＣを介して交流・直流併用コイル３１のＷ端子に接続状態になり、該併用コイル３１のＢ端子が切り換えスイッチ３２ｂのＡＣ側接点からコンセント９の他の極に接続状態になる。
したがって、図１に実線で示すように、交流出力コイル３０と交流・直流併用コイル３１とは直列接続状態でコンセント９の各極間に発電電圧を印加して、コンセントに接続した負荷に各コイル３０，３１の能力限度まで交流電力を供給可能になる。このとき、整流器２１の一時側は切り換えスイッチで解放状態になり、直流出力ターミナル１２には、全く直流電圧は印加されない。
【００１９】
一方、直流出力時には、図２に示すように、切り換えスイッチ３２ａ，３２ｂ双方をＤＣ側に入れて運転する。交流出力コイル３０のＲ端子からＡＣサーキットプロテクター１０を介して、コンセント９の一つの極に接続されているが、交流出力コイル３０のＢｒ端子に繋がる切り換えスイッチ３２ａのＡＣ側は解放状態になる。一方、交流・直流併用コイル３１のＷ端子は前記の切り換えスイッチ３２ａのコモンＣとＤＣ側接点を介して整流器２１入力側に接続状態になると共に、該併用コイル３１のＢ端子は切り換えスイッチ３２ｂのＤＣ側接点から整流器２１入力側に接続状態になる。この整流器２１の「＋」出力電圧はＤＣサーキットプロテクター１３を介してターミナル端子１２の「＋極」に印加し、「−」出力電圧はターミナル端子１２の「−極」に印加される。
したがって、図２に実線で示すように、交流・直流併用コイル３１は整流器２１を介してターミナル端子１２に直流電圧を供給する。これにより、ターミナル端子１２からバッテリー充電ができる。また、このとき、切り換えスイッチ３２ａ，３２ｂ双方ともＡＣ側は解放状態になるのでコンセント９には全く電圧の印加はない。
【００２０】
以上のように実施形態の発電機においては、スロット２３内に交流出力用コイル３０および交流・直流併用コイル３１を分離して配置し、切り換えスイッチ３２ａ，３２ｂにより直流出力が必要なときは前記併用コイル３１の交流出力を整流素子２１に繋ぎ該素子２１から直流出力させ、かつ交流出力が必要なときは交流・直流併用コイル３１の交流出力を利用できるようにしたので、交流出力の必要なときには交流出力用コイル３０と交流・直流併用コイル３１との双方の出力を利用でき、このため、従来の直流出力専用コイルを設けるのに比較して同じ交流出力を得るのに交流出力用コイルが少なくて済みつまり使用スロットを少なくすることができる。
したがって、図５と図１２を比較して分かるように、空きスロット２３ａが従来よりも多くなるので、この空きスロットに交流出力コイルを多く巻くことが可能になり、小型・軽量で高出力の発電機設定が可能になる。また、同一出力ならば、従来発電機に比較して小型化でき、ステータコアやロータコアの積層を縮小してコストダウンに繋がる。
また、空きスロット２３ａができた分、一つのスロット２３に無理にコイルを巻き込む必要がなくなり、コイル挿入時の作業性が向上する。また、スロット内にスペースができたことでコイル冷却効率が向上する。
【００２１】
また、交流・直流併用コイルの出力端子からは基本的に交流電圧が出力されるので、分離巻と同等の絶縁性能を確保しつつ、従来のように直流出力端子と交流出力端子との絶縁が必要がなくなると共に、さらに交流出力性能を向上できる。
また、手作業による絶縁作業が不要であるのでコイル成形作業を自動化でき、作業効率を向上でき、また、熟練者による対応なくても確実に製品化でき、後継者の問題もなくなる。絶縁紙が廃止でき、コストダウンできる。他機種への波及効果が大きい。
【００２２】
ここで、従来発電機で交流・直流の同時使用は負荷側に確実な電力供給ができない場合があるため、表示にて禁止していたが、構造的に交流と直流が出力されている状態のため、確実な保護策はできていなかった。これに対して、切り換えスイッチを、交流・直流併用コイル直流出力選択時には交流出力用コイルを解放して、交流出力を禁止する構造にすれば、直流使用時には交流コイル出力は確実になくなり、絶縁的に確実な保護ができる。
また、切り換えスイッチ３２ａ、３２ｂは、交流出力選択時には整流素子との接続を禁止し、かつ交流出力用コイルと交流・直流併用コイルとの双方から直列接続などにより一括して交流出力させるようにすれば、スロット内のコイルを交流出力時に無駄なく使用でき出力に余裕ができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明した通り本発明によれば、分離巻と同等の絶縁性能を確保し、さらに交流出力性能を向上させることができ、また、コイル成型作業を自動化でき作業効率の向上を図ることができ、熟練者でなくても確実な商品化ができるようにし得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態にかかる発電機の回路構造説明図（交流出力時）である。
【図２】同説明図（直流出力時）である。
【図３】直流出力時における各コイルの等価回路の説明図である。
【図４】ステータコイル巻線の回路図である。
【図５】ステータコアの巻線の配置説明図である。
【図６】操作パネル説明図である。
【図７】一般の発電機の説明図である。
【図８】従来の中間タップ式発電機の説明図である。
【図９】従来の分離巻き式発電機の説明図である。
【図１０】中間タップ方式のステータコイル巻線の説明図である。
【図１１】分離巻き方式のステータコイル巻線の説明図である。
【図１２】ステータコア巻線の配置説明図である。
【符号の説明】
２  交流発電機
２１  整流器
２２  ステータコア
２３  スロット
３０  交流出力コイル
３１  交流・直流併用コイル
３２ａ、３２ｂ  切り換えスイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003921905.tif 000010
【図１０】
0003921905.tif 000011
【図１１】
0003921905.tif 000012
【図１２】
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