(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機と、前記回転電機への外部からの動力伝達を制御する動力伝達装置とを備える回転電機駆動システムにおいて、
前記回転電機は、励磁電流を流す励磁コイルを有する発電機であって、出力を制御する出力制御装置を有し、
前記出力制御装置は、前記励磁コイルに流す励磁電流を制御するレギュレータであり、
前記動力伝達装置は、伝達する動力を断続するクラッチであり、
前記クラッチは、前記発電機と磁気回路を共有するとともに、前記励磁コイルの励磁磁束に呼応して断続する電磁クラッチであり、
前記レギュレータによる出力制御に用いられる制御信号によって前記電磁クラッチを制御することを特徴とする回転電機駆動システム。
【請求項２】
請求項１において、
前記発電機は、回転検出手段を備え、
前記出力制御装置は、所定回転数以上で、前記励磁コイルに流す励磁電流を制限することを特徴とする回転電機駆動システム。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記クラッチは、入力軸と一体に回転する入力側回転盤と、出力軸と一体に回転する出力側回転盤とが対向して配置されるとともに、前記入力側回転盤と前記出力側回転盤を前記励磁磁束が通過するように配置され、前記入力側回転盤と前記出力側回転盤の間に磁性粉を配置した構造であることを特徴とする回転電機駆動システム。
【請求項４】
請求項１または２において、
前記クラッチは、ヒステレシスクラッチであることを特徴とする回転電機駆動システム。
【請求項５】
請求項１または２において、
前記クラッチは、磁気レオロジー流体を封入した構造であることを特徴とする回転電機駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車など使用回転数範囲が広い回転電機を最適な使用回転数で駆動する回転電機駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車など使用回転数範囲の広い車両用交流発電機において、使用回転数を制限する目的で電磁クラッチを用いる構造が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この構造では、車両用交流発電機への入力回転速度を高速時に制限しており、これにより、車両用交流発電機の低回転での出力向上と、高回転での信頼性向上が可能となる。
【特許文献１】実願昭５８−１６２２６２号（実開昭６０−６９５６１号）のマイクロフィルム
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上述した特許文献１の構造では、電磁クラッチとともにこの電磁クラッチを制御する制御装置（デューティ制御回路３５）が別途必要になり、構造が複雑になるという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、構造を簡略化することができる回転電機駆動システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上述した課題を解決するために、本発明の回転電機駆動システムは、回転電機と、回転電機への外部からの動力伝達を制御する動力伝達装置とを備えており、回転電機は、出力を制御する出力制御装置を有し、出力制御装置による出力制御に用いられる制御信号によって動力伝達装置を制御している。具体的には、上述した回転電機は、励磁電流を流す励磁コイルを有する発電機であり、出力制御装置は、励磁コイルに流す励磁電流を制御するレギュレータである。
【０００６】
これにより、動力伝達装置を制御する制御装置を別に備える必要がなくなり、構造を簡略化することができる。また、回転電機と動力伝達装置の制御の一部を共用することになるため、これらの連係動作を実現する際の制御信号の信頼性向上を図ることができる。
【０００７】
また、上述した発電機は、回転検出手段を備え、出力制御装置は、所定回転数以上で、励磁コイルに流す励磁電流を制限することが望ましい。これにより、動力伝達装置によって回転抑制を行うことができ、高速回転に伴う破損や騒音、振動などの弊害を低減することができる。
【０００８】
また、上述した動力伝達装置は、伝達する動力を断続するクラッチである。これにより、変速機構等の複雑な機構を用いずに簡単な構造の動力伝達装置を実現することができる。
【０００９】
また、上述したクラッチは、レギュレータによって制御される励磁電流の通電時に結合状態に制御される電磁クラッチである。これにより、レギュレータの出力信号を直接制御信号として用いることができるため、信頼性を向上させることができる。
【００１０】
また、上述したクラッチは、発電機と磁気回路を共有するとともに、励磁コイルの励磁磁束に呼応して断続する電磁クラッチである。このように、発電機の磁気回路と励磁コイルの両方を動力伝達装置と共用することにより、さらに構造の簡略化が可能となる。
【００１１】
また、上述したクラッチは、入力軸と一体に回転する入力側回転盤と、出力軸と一体に回転する出力側回転盤とが対向して配置されるとともに、入力側回転盤と出力側回転盤を励磁磁束が通過するように配置され、入力側回転盤と出力側回転盤の間に磁性粉を配置した構造であることが望ましい。これにより、小型で強力な結合力を有するクラッチを実現することができる。
【００１２】
また、上述したクラッチは、ヒステレシスクラッチであることが望ましい。これにより、非接触構造の簡易なクラッチを用いることができ、高信頼性の動力伝達装置を実現することができる。
【００１３】
また、上述したクラッチは、磁気レオロジー流体を封入した構造であることが望ましい。これにより、小型で強力な結合力を有するクラッチを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の回転電機駆動システムを適用した一実施形態の車両用発電機について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は一実施形態の車両用発電機の全体構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の車両用発電機１は、固定子２、回転子３、フロントフレーム４Ａ、リアフレーム４Ｂ、レギュレータ５、電磁クラッチ９等を含んで構成されている。
【００１５】
固定子２は、励磁部（後述する）によって発生した磁束を受けて起電力を発生する電機子であって、固定子鉄心２２と、固定子鉄心２２のスロットに装備された三相の固定子巻線２３とを含んで構成されている。
【００１６】
回転子３は、電磁クラッチ９を介して連結される回転軸６とともに回転する回転部であり、爪状の磁極が形成された第１の爪状磁極部としてのフロント側ポールコア７Ａ、第２の爪状磁極部としてのリヤ側ポールコア７Ｂ、非磁性リング部材７Ｃを含んで構成されている。回転軸６は、プーリ（図示せず）に連結されており、車両に搭載された走行用のエンジン（図示せず）によって回転駆動される。回転軸６と回転子３とを連結する電磁クラッチ９の詳細については後述する。本実施形態の車両用発電機１は、ブラシレス構造を有しており、励磁コイル８は、リヤフレーム４Ｂに固定されており、回転はしない。
【００１７】
フロントフレーム４Ａおよびリアフレーム４Ｂは、固定子２および回転子３を収容する。回転可能な状態で回転子３が支持されている。回転子３のポールコア７Ａ、７Ｂの外周側に所定の隙間を介して固定子２が固定されている。フロントフレーム４Ａとリヤフレーム４Ｂは、複数本の締結ボルト（図示せず）によって締結されており、固定子２の固定等が行われる。
【００１８】
励磁コイル８は、磁性部材からなり磁束の通路となるボス部１０に巻装されており、このボス部１０とともにリヤフレーム４Ｂに固定されている。励磁コイル８とボス部１０によって励磁コイル部が構成されている。また、この励磁コイル部とフロント側ポールコア７Ａ、リヤ側ポールコア７Ｂによって励磁部が構成されている。
【００１９】
レギュレータ５は、車両用発電機１の出力制御装置であって、給電線５１を介して励磁コイル８に流す励磁電流を制御することにより、車両用発電機１の発電状態（出力電圧等）を制御する。また、レギュレータ５は、固定子巻線２３の１相電圧を検出線５２を介して取り込み、この相電圧の周波数に基づいて車両用発電機の回転数を検出する回転検出手段としての機能を有しており、車両用発電機１が所定回転数以上で、励磁コイル８に流す励磁電流を制限、すなわち低下させる発電制御を行う。
【００２０】
次に、電磁クラッチ９の詳細について説明する。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。外部からの動力伝達を制御する動力伝達装置としての電磁クラッチ９は、ポールコア７Ａとともにヒステレシスクラッチを構成している。電磁クラッチ９は、入力軸としての回転軸６に固定されてポールコア７Ａの軸方向端面と平行に配置された円盤部９１と、この円盤部９１の外周端からポールコア７Ａ側に延在する円筒部９２とを備えている。円盤部９１と円筒部９２は一体形成されているが、別部材を組み合わせるようにしてもよい。また、少なくとも円筒部９２は、ヒステレシスの大きい強磁性体材料、例えば、Ｆｅ−Ｍｎ系塑性加工磁石によって形成されている。
【００２１】
このような電磁クラッチ９と組み合わされるポールコア７Ａは、円筒部９２が挿入される凹部７Ａ−３を軸方向端面に有している。ポールコア７Ａにおいて、凹部７Ａ−３より内周側の内周部７Ａ−２には、円筒部９２に近接する所定間隔の複数の凸部７Ａ−４（これらの凸部７Ａ−４の間が凹部７Ａ−２１となる）が形成されている。また、ポールコア７Ａにおいて、凹部７Ａ−３より外周側の外周部７Ａ−１には、円筒部９２に近接する所定間隔の複数の凸部７Ａ−５（これらの凸部７Ａ−５の間が凹部７Ａ−１１となる）が形成される。なお、図２に示す例では、凸部７Ａ−５は凸部７Ａ−４より間隔が広く設定されているが、凸部７Ａ−４、７Ａ−５の間隔を同じに設定し、互いに周方向位置が異なるように（互い違いになるように）配置してもよい。
【００２２】
本実施形態では、レギュレータ５は、励磁電流の制御を行う機能の他に電磁クラッチ９を制御する機能を有している。具体的には、レギュレータ５から励磁コイル８に給電線５１を介して流れる励磁電流が、電磁クラッチ９を制御する制御信号としても用いられている。すなわち、レギュレータ５から供給される励磁電流によって励磁部を通る磁束が発生する。図１では点線でこの磁束が示されている。この磁束は、ポールコア７Ａを通る際に、外周部７Ａ−１、円筒部９２、内周部７Ａ−２も通るようになっており、円筒部９２と外周部７Ａ−１および内周部７Ａ−２との間で伝達トルクが作用する。すなわち、車両用発電機１の磁気回路（励磁部）の一部が電磁クラッチ９と共用化されており、レギュレータ５によってこの磁気回路に磁束を通すことにより、電磁クラッチ９も同時に作動して伝達トルクを発生するようになっている。
【００２３】
このように、本実施形態の車両用発電機１では、動力伝達装置としての電磁クラッチ９を制御する制御装置を別に備える必要がなくなり、構造を簡略化することができる。また、車両用発電機１の出力制御と電磁クラッチ９の作動制御を共用することになるため、これらの連係動作を実現する際の制御信号の信頼性向上を図ることができる。
【００２４】
また、レギュレータ５によって所定回転数以上で励磁コイル８に流す励磁電流を制限することにより、電磁クラッチ９によって回転抑制を行うことが可能になり、高速回転に伴う破損や騒音、振動などの弊害を低減することができる。
【００２５】
また、上述した動力伝達装置は、伝達する動力を断続するクラッチであることが望ましい。これにより、変速機構等の複雑な機構を用いずに簡単な構造の動力伝達装置を実現することができる。特に、回転軸６が回転しても回転子３は従動しないため、ポールコア７Ａ、７Ｂや冷却ファン（図１に示す構造では一方のポールコア７Ａの軸方向端面に取り付けられている）の強度をそれ程上げる必要がない。また、最大回転数を低く設定することができるため、その分車両用発電機１のアイドル回転数を上げることが可能となる。さらに、車両用発電機１の低回転域でのピークトルクを避けるように車両用発電機１の使用回転域を設定することが可能になり、ハンチングの発生を防止することも可能となる。
【００２６】
また、車両用発電機１と電磁クラッチ９とで磁気回路を共有することにより、さらに構造の簡略化が可能となる。
【００２７】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、ヒステレシスクラッチを動力電圧装置として用いたが、他の種類の電磁クラッチ、例えば磁性紛を用いたパウダクラッチ（例えば、特開昭５６−１４６２９号公報などに開示されている）や、磁気レオロジー流体を用いた電磁クラッチ（例えば、特開平１１−１３２２５９号公報などに開示されている）を用いるようにしてもよい。
【００２８】
図３は、パウダクラッチを用いた変形例の車両用発電機の全体構造を示す図である。また、図４は図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。図３に示す車両用発電機１Ａは、図１に示した車両用発電機１に対して、電磁クラッチ９を電磁クラッチ９Ａに置き換えた点が異なっている。この電磁クラッチ９Ａは、入力軸としての回転軸６に固定されてポールコア７Ａの軸方向端面と平行に配置された円盤部９１と、この円盤部９１の外周端からポールコア７Ａ側に延在する円筒部９２Ａとを備えている。本実施形態では、図４に示すように、入力側回転盤としての円筒部９２Ａは、ポールコア７Ａの軸方向端面に形成された凹部７Ａ−３内に３箇所が部分的に挿入されている。この凹部７Ａ−３の内部には、流動可能な磁性体紛９３が配置されている。
【００２９】
レギュレータ５から供給される励磁電流によって励磁部を通る磁束が発生する。この磁束は、ポールコア７Ａを通るが、凹部７Ａ−３内に円筒部９２Ａが挿入された３箇所においては、外周部７Ａ−１、円筒部９２、内周部７Ａ−２のそれぞれが狭い隙間を介して配置されることになるため、これらを通る磁束が円筒部９２Ａが存在しない外周部７Ａ−１、内周部７Ａ−２間を通る磁束よりも密になる。このため、円筒部９２Ａの近傍に磁性体紛９３が集中的に配置され、円筒部９２と外周部７Ａ−１および内周部７Ａ−２との間で伝達トルクが作用する。すなわち、図１に示した車両用発電機１と同様に、図３に示した車両用発電機１Ａの磁気回路（励磁部）の一部が電磁クラッチ９Ａと共用化されており、レギュレータ５によってこの磁気回路に磁束を通すことにより、電磁クラッチ９Ａも同時に作動して伝達トルクを発生するようになっている。
【００３０】
また、上述した実施形態では、車両用発電機について本発明を適用したが、電磁クラッチを組み合わせ可能なその他の回転電機に本発明を適用するようにしてもよい。また、上述した実施形態では、ブラシレス構造の車両用発電機に本発明を適用したが、ブラシを用いる構造の車両用発電機に本発明を適用するようにしてもよい。
【００３１】
また、上述した実施形態では、構成の簡素化のため、外周部７Ａ−１と内周部７Ａ−２を同一部材で連結したが、図５に示すように、非磁性体の連結部７Ｄを介して連結するようにしてもよい。この場合、円筒部９２を通る磁束を多くすることができるので、電磁クラッチ９の伝達トルクの向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】一実施形態の車両用発電機の全体構造を示す断面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】パウダクラッチを用いた変形例の車両用発電機の全体構造を示す図である。
【図４】図３のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】変形例の車両用発電機の全体構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  車両用発電機
２  固定子
３  回転子
４Ａ  フロントフレーム
４Ｂ  リアフレーム
５  レギュレータ
９  電磁クラッチ
【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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