(57)【要約】【課題】交流モータ２により駆動される冷却ファン４を搭載し、その冷却ファン４の回転によってインバータ３の冷却を行う機電一体型エンジン始動装置を提供する。【解決手段】スタータ１は、交流モータ２の電機子巻線９ａに印加する交流周波数を可変するインバータ３と、交流モータ２の後端部を閉塞するエンドフレーム１６の外側に配置されて交流モータ２によって駆動される冷却ファン４とを搭載する。インバータ３の放熱面には、複数の長孔１５ａが並列に開口する放熱フィン１５が取り付けられ、冷却ファン４と放熱フィン１５との間に導風ダクト１８が配設されている。これにより、冷却ファン４の回転によって生じる冷却風が導風ダクト１８に案内されて長孔１５ａの内部を通り抜けることにより、インバータ３を空気冷却する。【選択図】図１
2015091190.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電機子巻線（９ａ）に多相交流を印加して回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期または誘導されて回転子（１１）が回転する交流モータ（２）を有し、この交流モータ（２）に発生する回転力をピニオン（６）からエンジンのリングギヤに伝達して前記エンジンを始動させるスタータ（１）と、
このスタータ（１）に直接または間接的に取り付けられ、前記電機子巻線（９ａ）に印加する交流周波数を可変するインバータ（３）と
前記インバータ（３）から発生する熱を放出するための放熱フィン（１５）とを備える機電一体型エンジン始動装置であって、
前記スタータ（１）は、前記交流モータ（２）により回転駆動される冷却ファン（４）を搭載し、この冷却ファン（４）の回転により発生する空気の流れを前記放熱フィン（１５）に通すことで前記インバータ（３）の冷却を行うことを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項２】
請求項１に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記交流モータ（２）は、軸方向の反ピニオン側である回転子軸（１０）の後端部が軸受（１７）を介してエンドフレーム（１６）に回転自在に支持され、且つ、前記回転子軸（１０）の後端部より反ピニオン側へ延出して前記エンドフレーム（１６）の外側へ突き出る軸端部（１０ａ）を有し、
前記冷却ファン（４）は、前記エンドフレーム（１６）の外側に配置されて前記軸端部（１０ａ）に取り付けられていることを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項３】
請求項２に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記エンドフレーム（１６）には、前記エンドフレーム（１６）の内側と外側とを連通する通気孔（２１）が形成され、前記冷却ファン（４）の回転により前記通気孔（２１）を通って前記エンドフレーム（１６）の内側から外側へ空気の流れが生じることを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記放熱フィン（１５）は、所定の間隔を有して並列に開口する複数の長孔（１５ａ）を有し、前記冷却ファン（４）の回転により発生する空気の流れが前記長孔（１５ａ）を通り抜けることを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記冷却ファン（４）の回転によって発生する空気の流れを前記放熱フィン（１５）へ案内する導風ダクト（１８）を有することを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項６】
請求項５に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記冷却ファン（４）の外周を覆うファンケース（１９）を有し、このファンケース（１９）が前記導風ダクト（１８）と一体に形成されていることを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記スタータ（１）は、前記エンジンの始動時に前記交流モータ（２）の正回転を前記ピニオン（６）に伝達する一方、前記交流モータ（２）の逆回転時に空転する一方向クラッチ（１３）を備え、
前記エンジン始動後に前記交流モータ（２）を逆回転させて前記冷却ファン（４）を回転駆動することを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項に記載した機電一体型エンジン始動装置において、
前記スタータ（１）は、内蔵するコイルへの通電により電磁石を形成し、この電磁石の吸引力を利用して前記ピニオン（６）を前記リングギヤ側へ押し出す電磁ソレノイド（８）を備え、
前記インバータ（３）および前記放熱フィン（１５）は、前記スタータ（１）を軸線方向から見た時に前記電磁ソレノイド（８）の外形範囲より外側に配置されることを特徴とする機電一体型エンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンを始動するスタータにインバータを搭載した機電一体型エンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、始動機と発電機とを兼ねたエンジン始動装置が公知である（特許文献１参照）。このエンジン始動装置は、３相巻線を有する電機子（固定子）と、永久磁石を有する界磁子（回転子）とを備え、３相巻線の各相がインバータに接続されている。
始動機として使用する場合は、インバータより３相巻線の各相に３相交流が印加されて電機子に回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期して回転する界磁子の回転をピニオンからエンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４００１３３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上記のエンジン始動装置には、クランク軸の先端に装着されるフライホイールのディスク部に冷却ファンが取り付けられ、その冷却ファンがファンケースによって覆われている。このファンケースは、フライホイールの側方からエンジンに至る冷却風の導風路を形成するものであり、冷却ファンの回転によって発生する冷却風をインバータへ導くものではない。すなわち、特許文献１に係る従来技術は、インバータの冷却方法を開示したものではなく、インバータを冷却するための冷却ファンが示されていない。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、交流モータにより駆動される冷却ファンを搭載し、その冷却ファンの回転によってインバータの冷却を行う機電一体型エンジン始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の機電一体型エンジン始動装置は、電機子巻線に多相交流を印加して回転磁界を発生させ、その回転磁界に同期または誘導されて回転子が回転する交流モータを有し、この交流モータに発生する回転力をピニオンからエンジンのリングギヤに伝達してエンジンを始動させるスタータと、このスタータに直接または間接的に取り付けられ、電機子巻線に印加する交流周波数を可変するインバータと、このインバータから発生する熱を放出するための放熱フィンとを備え、スタータは、交流モータにより回転駆動される冷却ファンを搭載し、この冷却ファンの回転により発生する空気の流れを放熱フィンに通すことインバータの冷却を行うことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に記載した機電一体型エンジン始動装置は、交流モータによって駆動される冷却ファンを搭載しているので、交流モータが回転することで冷却ファンが回転し、その冷却ファンの回転により生じる空気の流れを放熱フィンに通すことでインバータを冷却できる。すなわち、インバータ駆動される交流モータによって冷却ファンを回転させるので、インバータの作動時のみ交流モータにより冷却ファンを回転させてインバータを冷却することができる。言い換えると、インバータが作動しない時は、冷却ファンが回転することはないので、効果的かつ効率的にインバータの冷却を行うことができる。
また、冷却ファンを駆動するために専用のモータを使用する必要はないので、専用のモータを使用する場合と比べて低コスト化できることは言うまでもなく、車両への搭載性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１に係るエンジン始動装置の半断面図である。
【図２】実施例１に係るエンジン始動装置の半断面図である。
【図３】実施例１に係るエンジン始動装置を軸方向の冷却ファン側から見た背面図である。
【図４】実施例２に係るスタータの作動を示すフローチャートである。
【図５】実施例２に係る交流モータの回転数および回転方向を表すタイミングチャートである。
【図６】実施例３に係るエンジン始動装置の半断面図である。
【図７】実施例４に係るエンジン始動装置の一部断面図である。
【図８】実施例５に係るエンジン始動装置の一部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【０００９】
〔実施例１〕
実施例１のエンジン始動装置は、図１に示すように、交流モータ２を有するスタータ１にインバータ３および冷却ファン４を一体的に搭載して構成される。
スタータ１は、インバータ３を通じて駆動される交流モータ２と、この交流モータ２の回転力が伝達される出力軸５と、この出力軸５の軸上に配置されるピニオン６と、シフトレバー７を介してピニオン６をエンジンのリングギヤ側へ押し出す電磁ソレノイド８等を備える。
【００１０】
交流モータ２は、例えば、三相の電機子巻線９ａを有する固定子９と、回転子軸１０の外周にセレーション嵌合する回転子１１とを有し、電機子巻線９ａに三相交流を印加して回転磁界を発生させることで、その回転磁界に回転子１１が同期して回転する。なお、回転子１１は、例えば、回転子鉄心に永久磁石を埋設した磁石埋設型の回転子１１であり、マグネットトルクに加えてリラクタンスルクを利用できる。
図１に示す交流モータ２は、回転子１１の外径側に固定子９を配置したインナーロータ型と呼ばれる構造を有するが、例えば、図２に示すように、固定子９の外径側に環状の回転子１１を配置したアウタロータ型と呼ばれる構造を採用することもできる。
【００１１】
出力軸５は、減速機１２を介して交流モータ２の回転子軸１０に連結され、モータトルクが減速機１２で増幅されて出力軸５に伝達される。図１に示す減速機１２は、周知の遊星歯車減速機である。
出力軸５の軸上には、出力軸５の回転をピニオン６へ伝達するクラッチ１３がヘリカルスプライン嵌合して配置される。このクラッチ１３は、エンジン始動時の回転方向である交流モータ２の正回転をピニオン６に伝達する一方、交流モータ２の逆回転時に空転する一方向クラッチとして構成される。
ピニオン６は、クラッチ１３と一体に構成されて、出力軸５の軸上をクラッチ１３と一体に移動可能に配置される。
電磁ソレノイド８は、内蔵するコイル（図示せず）への通電により電磁石を形成し、この電磁石の吸引力を利用してシフトレバー７を駆動し、そのシフトレバー７を介してピニオン６をリングギヤ側（図示左方向）へ押し出す。
【００１２】
インバータ３は、ＩＧＢＴやＭＯＳ−ＦＥＴ等のスイッチング素子３ａ（図３参照）のＯＮ／ＯＦＦ動作により直流電力を交流電力に変換して交流モータ２の電機子巻線９ａに印加する周知の電力変換装置である。このインバータ３は、図３に示すように、スタータ１を軸線方向から見た時に電磁ソレノイド８の外形範囲より外側に配置されて、スタータ１のハウジング１４等に直接または間接的に取り付けられる。
インバータ３の放熱面には、のＯＮ／ＯＦＦ動作に伴って発生する熱を外部に放出するための放熱フィン１５が取り付けられる。この放熱フィン１５は、図３に示すように、所定の間隔を有して並列に開口する複数の長孔１５ａを有し、冷却ファン４の回転によって発生する空気の流れ（以下、冷却風と言う）が長孔１５ａを通り抜けることで放熱する。なお、図１〜図３の図中に示す白抜き矢印は冷却風の流れを示している。
【００１３】
冷却ファン４は、図１に示すように、交流モータ２の後端部を閉塞するエンドフレーム１６の外側に配置されて、交流モータ２によって駆動される。交流モータ２は、回転子軸１０の後端部が軸受１７を介してエンドフレーム１６に回転自在に支持され、且つ、回転子軸１０の後端部より更に反ピニオン側へ延出する軸端部１０ａを有し、この軸端部１０ａがエンドフレーム１６の外側（図示右側）へ突き出ている。
冷却ファン４は、回転子軸１０の軸端部１０ａに取り付けられて回転子軸１０と一体に回転する。なお、冷却ファン４は、例えば、複数枚の板状羽根を軸中心に対し放射状に配置したラジアルファンである。
冷却ファン４と放熱フィン１５との間は、冷却ファン４の回転によって発生する冷却風を放熱フィン１５へ案内する導風ダクト１８が配設される。この導風ダクト１８は、冷却ファン４の外周を覆うファンケース１９と一体に設けられ、図３に示すように、例えば、放熱フィン１５の端面にビス２０等により固定される。
【００１４】
〔実施例１の作用および効果〕
実施例１のスタータ１は、交流モータ２によって駆動される冷却ファン４を搭載しているので、交流モータ２が回転することで冷却ファン４が回転し、その冷却ファン４の回転により生じる冷却風を放熱フィン１５の長孔１５ａに通すことでインバータ３を冷却できる。
また、放熱フィン１５は、一般的なI型ではなく長孔タイプとしたことにより、冷却風が放熱フィン１５から漏れることはなく、確実に長孔１５ａを通り抜けるので放熱性が向上する。
さらに、冷却ファン４と放熱フィン１５との間に導風ダクト１８を配設しているので、図１に矢印で示すように、冷却ファン４の回転によって生じる冷却風を有効に放熱フィン１５の長孔１５ａへ流すことができる。
【００１５】
また、図３に示すように、導風ダクト１８の放熱フィン１５側をインバータ３のデバイス（スイッチング素子３ａ）搭載付近に配置することで、インバータ３をより効果的に冷却できる。
上記のように、インバータ３駆動される交流モータ２によって冷却ファン４を回転させるので、インバータ３の作動時のみ交流モータ２により冷却ファン４を回転させてインバータ３を冷却することができる。言い換えると、インバータ３が作動しない時は、冷却ファン４が回転することはないので、効果的かつ効率的にインバータ３の冷却を行うことができる。
また、冷却ファン４を駆動するために専用のモータを使用する必要はないので、専用のモータを使用する場合と比べて低コスト化できることは言うまでもなく、車両への搭載面でも有利である。
【００１６】
以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品あるいは同一機能を有するものは、実施例１と同一の符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
この実施例２は、エンジン始動後に交流モータ２を逆回転させて冷却ファン４を駆動する事例である。具体的な作動を図４および図５を基に説明する。
なお、図４はスタータ１の作動を制御するＥＣＵ（図示せず）の処理手順を示すフローチャートであり、図５は横軸が時間軸、縦軸が交流モータ２の回転数および回転方向を表すタイミングチャートである。
【００１７】
ＥＣＵは、ＩＧスイッチ（図示せず）がオンされると、図４に示すフローチャートに従ってスタータ１の作動を制御する。
ＩＧスイッチオンされると、電磁ソレノイド８のコイルに通電されて電磁石が形成され、その電磁石の吸引力によりシフトレバー７を介してピニオン６がクラッチ１３と一体に反モータ方向（図１の左方向）へ押し出される（Ｓ１）。
続いて、交流モータ２の始動指令が入力されたか否かを判定する（Ｓ２）。
Ｓ２の判定結果がＮＯの場合は本処理を終了する。
Ｓ２で始動指令が入力された場合（判定結果ＹＥＳ）は、インバータ３の作動を制御して交流モータ２を正回転始動する（Ｓ３）。交流モータ２が正回転することでピニオン６がエンジンのリングギヤに噛み合い、エンジンをクランキングする。
【００１８】
その後、交流モータ２の回転速度が判断速度以上か否かを判定する（Ｓ４）。
交流モータ２の回転速度が判断速度以上と判定された場合（判定結果ＹＥＳ）は、エンジンが始動していると判断して電磁ソレノイド８の励磁回路をＯＦＦする（Ｓ５）。
続いて、交流モータ２の回転速度を減速（ブレーキ制御）する（Ｓ６）。
ブレーキ制御により交流モータ２の回転が停止したか否かを判定する（Ｓ７）。
交流モータ２の回転が停止した後、インバータ３の温度を計測する（Ｓ８）。
計測したインバータ３の温度が判断温度以上か否かを判定する（Ｓ９）。
インバータ３の温度が判断温度より低い場合（判定結果ＮＯ）は本処理を終了する。
インバータ３の温度が判断温度以上の場合（判定結果ＹＥＳ）は、インバータ３の作動を制御して交流モータ２を一定の速度で逆回転始動する（Ｓ１０）。
【００１９】
再度、インバータ３の温度が判断温度以上か否かを判定する（Ｓ１１）。
インバータ３の温度が判断温度より高い間は交流モータ２の逆回転を継続し、判断温度より低くなった後、交流モータ２の運転を停止して本処理を終了する。
上記の制御によれば、エンジン始動後に交流モータ２を逆回転することで冷却ファン４が駆動されて放熱フィン１５に冷却風を流すことができる。その結果、インバータ３の温度上昇が抑制されるため、判断温度以下まで早期にインバータ３を冷却できる。なお、スタータ１は、交流モータ２の逆回転時に空転する一方向クラッチ１３を搭載しているので、エンジン始動後に交流モータ２を逆回転始動してもピニオン６がリングギヤに噛み合うことはない。
【００２０】
〔実施例３〕
この実施例３は、図６に示すように、エンドフレーム１６に内側（モータ内部）と外側とを連通する通気孔２１を形成した事例である。この場合、冷却ファン４の回転によって通気孔２１を通じてモータ内部にも空気の流れ（図示矢印で示す）が生じるため、インバータ３の冷却を行うだけでなく、交流モータ２（主に電機子巻線９ａ）の冷却もできる。図６の図中に示す白抜き矢印は冷却風の流れを示している。
なお、冷却ファン４は、板状羽根を両側に取り付けた両側吸気型を使用することで、モータ内部にも効率良く冷却風を流すことができる。
【００２１】
〔実施例４〕
この実施例４は、図７に示すように、導風ダクト１８をファンケース１９とは別体に設けた事例である。この場合、ファンケース１９と導風ダクト１８を別々に形成するので、ファンケース１９および導風ダクト１８の製造が容易である。特に、スタータ１に対してインバータ３を異なる位置に取り付ける場合でもファンケース１９を共通化できるので、導風ダクト１８の形状変更だけで対応できる。
【００２２】
〔実施例５〕
この実施例４は、図８に示すように、インバータ３をスタータ１の軸線方向に沿って直列に配置した事例である。この場合、冷却ファン４と放熱フィン１５との間を導風ダクト１８で連結する必要はなく、冷却ファン４の回転によって生じる冷却風を直接的に放熱フィン１５の長孔１５ａに流すことができるので、冷却効率が向上する。
【００２３】
〔変形例〕
実施例１では、交流モータ２の回転子１１を磁石埋設型として記載したが、回転子鉄心に永久磁石を使用することなく物理的な突極を設けた突極型の回転子１１でも良い。また、実施例１で説明した交流モータ２は、回転子１１が電機子巻線９ａに発生する回転磁界に同期して回転する同期モータであるが、必ずしも同期モータである必要はなく、誘導モータなどの非同期モータを採用することも出来る。
【符号の説明】
【００２４】
１    スタータ 
２    交流モータ
３    インバータ
４    冷却ファン
６    ピニオン
８    電磁ソレノイド
９ａ  電機子巻線
１０ａ  回転子軸の軸端部
１１    回転子
１３    クラッチ（一方向クラッチ）
１５    放熱フィン
１６    エンドフレーム
１８    導風ダクト
【図１】
2015091190.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015091190.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2015091190.tif 000008
【図７】
2015091190.tif 000009
【図８】
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