(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機動作による機関の始動と、発電機動作による車両への電力供給ができる回転電機であって、一端部に機関と双方向動力伝達可能に設けたプーリ、ブラケット内に設けられ回転子軸に固定された回転子、上記回転子軸の端部に固定された太陽歯車、この太陽歯車と噛合し上記プーリに固定された遊星歯車、上記ブラケットに固定された電磁クラッチ従動体と、上記遊星歯車と噛合する内歯車を有し上記電磁クラッチ従動体と対向して接離可能である電磁クラッチ駆動体とを含む電磁クラッチ、上記回転子軸に固定されるとともに上記プーリからの回転力を上記回転子軸に伝達する一方向クラッチとを備え、上記電動機動作において、上記回転子を回転させてから、上記電磁クラッチに通電して、上記電磁クラッチ駆動体と上記電磁クラッチ従動体とを接合させることにより、上記電磁クラッチ駆動体と一体である上記内歯車と上記遊星歯車とを噛合させ、上記回転子の回転力が上記回転子軸、上記太陽歯車、上記遊星歯車及び上記プーリを介して上記機関に回転力を伝達するように制御する制御部を設けたことを特徴とする回転電機。
【請求項２】
プーリはベルトにより機関と係合されていることを特徴とする請求項１記載の回転電機。
【請求項３】
機関の冷間始動時に使用されることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電動機動作と発電機動作が可能な回転電機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、従来の回転電機を示す断面図である。図において、５１は一端部に機関と双方向動力伝達可能に設置されたプーリ、５２はこのプーリ５１が一方向クラッチを介して固定された回転子軸、５３はこの回転子軸５２に固定された回転子鉄心、５４はこの回転子鉄心５３の内部に巻き回された界磁巻線であり、これら回転子軸５２、回転子鉄心５３、界磁巻線５４により回転子が構成されている。５５は回転子に対向配置された固定子鉄心、５６はこの固定子鉄心５５に巻き回された多相固定子巻線であり、これら固定子鉄心５５、固定子巻線５６により固定子が構成されている。
【０００３】
５７、５８はそれぞれ回転子を支持するための一対の軸受、５９は固定子を支持するためのブラケット、６０は界磁巻線５４に電流を供給するためのスリップリング、６１はスリップリング６０に摺接する一対のブラシ、６２はこのブラシ６１をスリップリング６０に押し付けるバネ、６３はこれらを収納したブラシホルダである。
【０００４】
また、６８は回転子軸５２に構成された遊星歯車機構における太陽歯車、６９は太陽歯車６８と噛合する遊星歯車、７４は遊星歯車軸、７３は断面コの字型に構成されたヨーク、６７はヨーク７３に構成された遊星歯車機構の一部である内歯車、６４はヨーク７３に包み込まれるように配置される電磁クラッチの界磁コイル、６６は電磁クラッチ本体の一部を構成する電磁クラッチ駆動体の接離面、６５は界磁コイル６４に通電することにより接離面６６に吸引される電磁クラッチ従動体である。
【０００５】
７２は回転子軸５２に構成された一方向の回転力を伝達可能な一方向クラッチ従動体、７１は一方向クラッチ駆動体、７０はプーリ５１と一体化された遊星歯車機構のキャリアである。
【０００６】
次に動作について説明する。ブラシ６１及びスリップリング６０を介して、界磁巻線５４に界磁電流が供給されると、回転子鉄心５３に磁束が発生する。電動機動作時はこの状態において、多相固定子巻線５６に多相交流電流を供給することにより、回転子に回転力が発生する。また、同時に電磁クラッチの界磁コイル６４に通電し、電磁クラッチ従動体６５を電磁クラッチ駆動体の接離面６６に吸引することにより、遊星歯車機構における内歯車６７が固定される。
【０００７】
従って、回転子で発生した回転力は、回転子から太陽歯車６８、遊星歯車６９、キャリア７０、プーリ５１、このプーリ５１に巻かれたベルトを経て機関などの負荷へと動力が伝達される。このように、内部に減速機構を持つことにより、電動機を高速で回転させ、出力部であるプーリ５１に減速比に比例した回転力を発生させることができる。
【０００８】
この場合、一方向クラッチ駆動体７１は、一方向クラッチ従動体７２に対し空転動作となる。発電機動作による電気負荷への電力供給時は、ブラシ６１、スリップリング６０を介し、界磁巻線５４に励磁電流を供給し、回転子鉄心５３に磁束が発生した状態で、回転子に回転力がプーリ５１によって伝達される。
【０００９】
電動機動作終了後は、電磁クラッチの界磁コイル６４の通電を遮断し、内歯車６７及びヨーク７３はフリーとなるので、これらはプーリ５１の回転速度と同じ速度で回転し、それとともに回転子も回転するので、多相固定子巻線５６に電力が発生する。この場合、一方向クラッチ駆動体７１と従動体７２は結合状態となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の回転電機は次のような問題点があった。機関を始動する電動機動作において、従来の回転電機では、回転子軸５２が回転する前に電磁クラッチの界磁コイル６４に通電し電磁クラッチが閉じた状態（接続状態）となる。すなわち、回転子軸５２は、電磁クラッチが閉じた状態から始動しなければならず、始動時において、大きな負荷がかかり、始動電流が大きなものとなる問題点があった。
【００１１】
また、従来の回転電機では、冷間始動時に対する配慮がなかった。例えば、寒冷地での朝一番の機関始動時では、機関のオイルの粘度が高かったり、機関各部に十分オイルが廻っておらず、機関始動に要するトルク（冷間始動トルク）は、温間時に比べて大きくなる。回転電機の始動トルクは、始動電流×磁束量（回転電機の体格）によってほぼ決定されるので、上述の冷間始動トルクに対応しようとすれば、始動電流を大きくするか回転電機の体格を大きくすることになる。始動電流の大きさは、インバータのスイッチング素子の電流容量によって決定されるが、大容量のスイッチング素子はコストが高く不利であるので、一般には、大きな体格の回転電機を採用するか、冷間始動を目的とした従来構造のスタータモータをさらに設けるといった手法がとられていた。従って、回転電機が大型化するという問題点があった。
【００１２】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたもので、機関の始動時間が短く、始動電流の小さい回転電機を得ることを目的とする。また、冷間始動時において、冷間始動用のスタータを廃し、体格の小さい回転電機を得ることを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機は、電動機動作による機関の始動と、発電機動作による車両への電力供給ができる回転電機であって、一端部に機関と双方向動力伝達可能に設けたプーリ、ブラケット内に設けられ回転子軸に固定された回転子、回転子軸の端部に固定された太陽歯車、この太陽歯車と噛合し上記プーリに固定された遊星歯車、ブラケットに固定された電磁クラッチ従動体と、遊星歯車と噛合する内歯車を有し電磁クラッチ従動体と対向して接離可能である電磁クラッチ駆動体とを含む電磁クラッチ、回転子軸に固定されるとともにプーリからの回転力を回転子軸に伝達する一方向クラッチとを備え、電動機動作において、回転子を回転させてから、電磁クラッチに通電して、電磁クラッチ駆動体と電磁クラッチ従動体とを接合させることにより、電磁クラッチ駆動体と一体である内歯車と遊星歯車とを噛合させ、回転子の回転力が回転子軸、太陽歯車、遊星歯車及びプーリを介して機関に回転力を伝達するように制御する制御部を設けたものである。
【００１４】
また、プーリはベルトにより機関と係合されているものである。
【００１５】
また、機関の冷間始動時に使用されるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の実施の形態による回転電機を示す断面図である。また、図２は、この発明の実施の形態１による回転電機における制御部の制御フローを示すフローチャートである。なお、本実施の形態においては、一例として、巻線型同期機の構造を有する回転電機について説明するが、永久磁石型同期機、リラクタンス型同期機、かご型誘導機及び巻線型誘導機などの構造を有するものであっても良い。
【００１７】
図において、１は一端部に機関と双方向動力伝達可能に設置されたプーリ、２はこのプーリ１が一方向クラッチを介して固定された回転子軸、３はこの回転子軸２に固定された回転子鉄心、４はこの回転子鉄心３の内部に巻き回された界磁巻線であり、これら回転子軸２、回転子鉄心３、界磁巻線４により回転子が構成されている。５は回転子に対向配置された固定子鉄心、６はこの固定子鉄心５に巻き回された多相固定子巻線であり、これら固定子鉄心５、固定子巻線６により固定子が構成されている。
【００１８】
７、８はそれぞれ回転子を支持するための一対の軸受、９は固定子を支持するためのブラケット、１０は界磁巻線４に電流を供給するためのスリップリング、１１はスリップリング１０に摺接する一対のブラシ、１２はこのブラシ１１をスリップリング１０に押し付けるバネ、１３はこれらを収納したブラシホルダである。
【００１９】
また、１４は回転子軸２に構成された遊星歯車機構における太陽歯車、１５は太陽歯車１４と噛合する遊星歯車、１６は遊星歯車軸、１７は遊星歯車１５を支持するための軸受、１８は断面コの字型に構成されたヨーク、１９はヨーク１８に構成された遊星歯車機構の一部である内歯車、２０は電磁クラッチ本体、２１はヨーク１８に包み込まれるように配置される電磁クラッチの界磁コイル、２２は電磁クラッチ本体の一部を構成する電磁クラッチ駆動体の接離面、２３は界磁コイル２１に通電することにより接離面２２に吸引される電磁クラッチ従動体、２４は電磁クラッチ従動体２３をリターンさせるためのスプリング、２５は電磁クラッチを固定させるためのネジである。
【００２０】
２６はスプリング２４を固定させるためのネジ、２７はヨーク１８を支持するための軸受、２８、２９はスペーサ、３０はブラケット、３１は油が漏出するのを防ぐためにオイルシール、３２は回転子軸１２に構成された一方向の回転力を伝達可能な一方向クラッチ従動体、３３は一方向クラッチ駆動体、３４は一方向クラッチカム部、３５は一方向クラッチ固定用ナット、３６は一方向クラッチカム部を支持するための軸受、３７はプーリ１などの機関との動力伝達手段と係合された遊星歯車機構のキャリア、３８はプーリ１とキャリア３７を固着するための固着手段、４０はそれぞれの部品を固定するための固定手段である。
【００２１】
次に動作について説明する。ステップＳ１で車両の速度が０であれば、車両は停止状態であるので、ステップＳ２で、ブラシ１１及びスリップリング１０を介して、界磁巻線４に界磁電流が供給（モータに通電）され、回転子鉄心３に磁束が発生する。さらにステップＳ３で、多相固定子巻線６に多相交流電流を供給することにより、回転子に回転力が発生してモータは回転する。このとき、電磁クラッチは非接続状態である。
【００２２】
回転子を回転させてから、ステップＳ４で、機関始動信号が制御部に入力されたか否かを判定する。ここで機関始動信号は、機関が車両用内燃機関であったら、例えば、ＡＴ車ではアクセルペダルの踏み込み信号、ＭＴ車ではクラッチの切断信号などが考えられる。機関始動信号が制御部に入力されれば、ステップＳ５で電磁クラッチの界磁コイル２１に通電し、電磁クラッチ従動体２３を電磁クラッチ駆動体の接離面２２に吸引することにより、遊星歯車機構における内歯車１９が固定され、電磁クラッチは接続される（ステップＳ６）。
【００２３】
従って、回転子で発生した回転力は、回転子から太陽歯車１４、遊星歯車１５、キャリア３７、プーリ１、このプーリ１に巻かれたベルトを経て機関などの負荷へと動力が伝達され、機関が始動される（ステップＳ７）。
【００２４】
図３は、この発明の実施の形態による回転電機と従来の回転電機のおける時間と始動電流及び機関の回転速度との関係を示す図である。図において、点線は従来の回転電機、実線はこの発明の実施の形態による回転電機を示し、Δｔ１は本発明の回転電機によって機関の始動から機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要する時間、Δｔ２は従来の回転電機によって機関の始動から機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要する時間である。
【００２５】
吸気→圧縮→爆発→排気というサイクルで運転される機関において、最初の圧縮行程は慣性力がない状態でシリンダ内をピストンが押し上げるので非常に力を要するが、図に示すように、従来の回転電機によって機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要する時間Δｔ２より、本発明の回転電機によって機関が最初の圧縮行程を乗り越すまでに要する時間Δｔ１の方が短く、短期間で機関を高回転まで持ち上げることができることが分かる。
【００２６】
また、従来の回転電機と本発明の回転電機の最初の始動トルクを同じとする場合、本発明による回転電機の方が始動電流を低減できることが分かる。
【００２７】
以上のように、本実施の形態によれば、上記従来例において、機関を始動する電動機動作で、回転子軸２が回転する前に電磁クラッチを接続していたものを、回転子軸２を回転させてから電磁クラッチを接続させるため、回転子軸２の回転慣性力をそのまま機関の始動に利用できるので、機関の始動時間を短く、始動電流を小さくすることができる。
【００２８】
なお、プーリ１にベルトを係合して、回転電機と機関との間の動力伝達を行えば、回転電機の機関への組みつけにおける自由度が向上できる。また、本発明では、回転子軸１２が回転しているところへ電磁クラッチを閉じるため、この際に衝撃が生じるが、ベルトがこの衝撃を吸収させることができる。
【００２９】
また、本発明による回転電機を、機関の冷間始動時に使用すれば効果的である。上述したように、冷間時の始動においては、大きな始動トルクが必要であるが、本発明の回転電機によれば、冷間始動時でも大きな始動トルクが得られ、回転電機の体格を大きくする必要はなく、冷間始動用のスタータを別途設ける必要もない。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の発明によれば、電動機動作による機関の始動と、発電機動作による車両への電力供給ができる回転電機であって、一端部に機関と双方向動力伝達可能に設けたプーリ、ブラケット内に設けられ回転子軸に固定された回転子、回転子軸の端部に固定された太陽歯車、この太陽歯車と噛合し上記プーリに固定された遊星歯車、ブラケットに固定された電磁クラッチ従動体と、遊星歯車と噛合する内歯車を有し電磁クラッチ従動体と対向して接離可能である電磁クラッチ駆動体とを含む電磁クラッチ、回転子軸に固定されるとともにプーリからの回転力を回転子軸に伝達する一方向クラッチとを備え、電動機動作において、回転子を回転させてから、電磁クラッチに通電して、電磁クラッチ駆動体と電磁クラッチ従動体とを接合させることにより、電磁クラッチ駆動体と一体である内歯車と遊星歯車とを噛合させ、回転子の回転力が回転子軸、太陽歯車、遊星歯車及びプーリを介して機関に回転力を伝達するように制御する制御部を設けたので、機関の始動時間が短く、始動電流の小さい回転電機を得る効果がある。
【００３１】
また、請求項２記載の発明によれば、プーリはベルトにより機関と係合されているので、回転電機の機関への組みつけにおける自由度を向上できる効果が得られる。
【００３２】
また、請求項３記載の発明によれば、機関の冷間始動時に使用されるので、冷間始動用のスタータを廃し、体格の小さい回転電機を得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態による回転電機を示す断面図である。
【図２】この発明の実施の形態による回転電機のおける制御部の制御フローを示すフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態による回転電機と従来の回転電機のおける時間と始動電流及び機関の回転速度との関係を示す図である。
【図４】従来の回転電機を示す断面図である。
【符号の説明】
１  プーリ、２  回転子軸、３  回転子鉄心、４  界磁巻線、５  固定子鉄心、６  多相固定子巻線、７、８  軸受、９  ブラケット、１０  スリップリング、１１  ブラシ、１２  バネ、１３  ブラシホルダ、１４  太陽歯車、１５  遊星歯車、１６  遊星歯車軸、１７  軸受、１８  ヨーク、１９  内歯車、２０  電磁クラッチ本体、２１  界磁コイル、２２  接離面、２３  電磁クラッチ従動体、２４  スプリング、３０  ブラケット、３１  オイルシール、３２  一方向クラッチ従動体、３３  一方向クラッチ駆動体、３４  一方向クラッチカム部、３５  一方向クラッチ固定用ナット、３６  軸受、３７  キャリア
【図１】
0003565190.tif 000002
【図２】
0003565190.tif 000003
【図３】
0003565190.tif 000004
【図４】
0003565190.tif 000005