JPH02266854A

JPH02266854A - エンジンの始動・発電装置

Info

Publication number: JPH02266854A
Application number: JP8520189A
Authority: JP
Inventors: Iwao Shimane; 嶋根　岩夫; Harumi Taketomi; 春美武富
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1990-10-31

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）この発明は始動電動機と充電発電機とを一体化したエン
ジンの始動・発電装置に関する。

（従来の技術）従来、エンジンの始動・発電装置は、特開昭６２−２６
８３７０号公報に記載されているように、回転子軸に永
久磁石を有する永久磁石回転子アセンブリを、ハウジン
グに多相（三相）固定子巻線を有する固定子アセンブリ
を設け、始動電動機として作動させる場合には固定子巻
線を半導体デバイスによって通電し、また、充電発電機
としての作動時には固定子巻線に生じる三相電流を整流
して取り出すものが知られている。そして、回転子本体
には軸方向側面に環状の凹部を形成し、また、ハウジン
グには凹部に対応させて円筒形壁を形成し、この円筒形
壁の内外両面に半導体デバイスを取り付け、これら半導
体デバイスをファンによって取り入れられた冷却空気で
冷却する。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上述した従来の始動・発電装置にあって
は、半導体デバイスと固定子巻線とがハウジング内の同
一空間内に配置されるため、半導体デバイスは固定子巻
線が発する熱の影響を避けられず、エンジンを停止直後
等に再起動する場合に半導体デバイスの温度が高くなり
やすいという問題がある。

また、上述のような始動・発電装置にあっては、固定子
アセンブリの三相固定子巻線に半導体デバイスによって
三相電流を通電するため、複数の半導体デバイスについ
て各端子を相互結線し、さらに、これらデバイスを三相
固定子巻線に結線しなければならず半導体デバイス廻り
の配線が錯綜し、組立作業性の低下等の不都合を招くと
いう問題がある。

本願のエンジンの始動・発電装置は上述の各問題点に鑑
みてなされたもので、第１の発明はエンジン始動時のス
テータコイル通電用の半導体素子の温度上昇を抑制する
ことを目的とし、また、第２の発明は半導体素子廻りの
配線を簡素化することを目的とする。

（課題を解決するための手段）第１の発明は、ハウジングにエンジンのクランク軸と動
力伝達可能に連結されたシャフトを回転自在に支持し、
該シャフトに回転界磁極を、前記ハウジングに三相に結
線されたステータコイルを固定するとともに、該ステー
タコイルに三相電流を通電してシャフトにエンジンの起
動トルクを生じさせる駆動回路と、エンジンの起動後に
クランク軸の回転で前記ステータコイルに生じる電力を
取り出す発電回路とを設けたエンジンの始動・発電装置
において、前記駆動回路を熱伝導性材料から成る基板に半導体素子
を熱伝導可能に固設して構成するとともに、前記基板の
熱容量を前記半導体素子の所定時間における発熱量と対
応する値に設定したことが要旨であり、また第２の発明は、ハウジングにエンジンのクランク軸
と動力伝達可能に連結されたシャフトを回転自在に支持
し、該シャフトに回転界５ｆ１極を、前記ハウジングに
三相に結線されたステータコイルを固定するとともに、
該ステータコイルに三相電流を通電してシャフトにエン
ジンの起動トルクを生じさせる駆動回路と、エンジンの
起動後にクランク軸の回転で前記ステータコイルに生じ
る電力を取り出す発電回路とを設けたエンジンの始動・
発電装置において、前記駆動回路と前記ステータコイルとの間に絶縁材料か
ら成る仕切部材を設けるとともに、前記駆動回路を導電
性材料から成る基板に半導体素子を一端子を電気的に導
通させて固設し、該半導体素子の一端子を前記基板を介
しバッテリまたは前記ステータコイルに接続し、前記駆動回路の基板を前記仕切部材に支持することが要
旨である。

（作用）第１の発明にかかるエンジンの始動・発電装置によれば
、半導体素子が基板に熱伝導可能に設けられ、基板が半
導体素子の発熱量と対応する熱容量を有する。このため
、エンジン始動時に通電される半導体素子が発する熱は
基板に吸収され、半導体素子の温度上昇を抑制できる。

また、第２の発明にかかるエンジンの始動・発電装置に
よれば、基板を介して半導体素子の一端子を結線するた
め、半導体素子廻りの配線を簡素化できる。そして、仕
切部材はステータコイルと駆動回路との間に仕切部材が
介在するため、ステータコイルと駆動回路との相互の熱
干渉も防止できる。

（実施例）以下、この発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図から第６図はこの発明の一実施例にかかるエンジ
ンの始動・発電装置を表し、第１図がエンジンからの動
力伝達機構とともに示す全体断面図、第２図が要部拡大
断面図、第３図が第２図のｌＴｌ−ｌ１１矢視断面図、
第４図が第２図のｒＶ−ｒＶ矢視断面図、第５図（ａ）
が主要部品の平面図、第５図（ｂ）が第５図（ａ）のＶ
−Ｖ矢視断面図、第６図が一部の回路図である。

第１図において、Ｅはエンジン、Ｔは遊星歯車式の変速
装置、Ｓは始動電動機と充電発電機とを一体化した始動
発電機（以下、スタッグと称す）であり、エンジンＥの
クランク軸１１は端部にフランジ継手１１ａがスプライ
ン等で設けられフランジ継手１１ａを介して変速装置Ｔ
に連結されている。フランジ継手１１ａは外周部がボー
ルベアリング１２でエンジンＥのクランクケース等に支
持されている。

変速装置Ｔは、エンジンＥ外壁に固定されたハウジング
１３内に、周知のサンギア１４、プラネタリギア１５、
キャリヤ１７およびリングギヤ１６を有する１組の遊星
歯車機構Ｐが収容され、この遊星歯車機構Ｐのリングギ
ヤ１６がハウジング１３に設けられた電磁クラッチ１８
で拘束、解放されて変速作動する。遊星歯車機構Ｐは、
サンギア１４が出力軸１９に一体に形成され、キャリヤ
１７がゴム等の弾性材から成るブツシュ２０を介して前
述のフランジ継手１１ａに接続され、出力軸１９とキャ
リヤ１７との間にクランク軸１１から出力軸１９への動
力伝達のみを許容するワンウェイクラッチ２１が介設さ
れ、リングギヤ１６に回転方向に一定間隔で複数の係止
孔（図示せず）が形成されている０図中明示しないが、
電磁クラッチ１８は、ハウジング１３に係止爪をスプリ
ングでリングギヤ１６の係止孔から離間する方向に付勢
して揺動自在に支持し、エンジン起動時においてイグニ
ッションキーの操作に応じ係止爪をソレノイドで付勢し
て係止孔に係止させる。出力軸１９にはハウジング１３
外に突出した端部にクランクプーリ２２が固設され、こ
のクランクプーリ２２とスタッグＳのシャフト２３に設
けられたプーリ２４との間にベルト２５が動力伝達可能
にに掛装されている。この変速装置Ｔは、エンジン起動
時等にリングギヤ１６を電磁クラッチ１８で拘束し、ス
タッグＳの動力を減速してクランク軸１１に伝達する。

スタッグＳは、２つの半休２７．２８を接合して成るハ
ウジング２６がエンジンＥの上部に取り付けられ、この
ハウジング２６にシャフト２３が回転自在に支持されて
いる。半休２７．２８はそれぞれが円筒壁２７ａ、２８
ａと端壁２７ｂ。

２８ｂとを有する略有底円筒状を成し、これら半休２７
．２８は開口を接合されて機構室２９を画成している。

半体２８には端壁２８ｂに軸受孔３２ａおよび通気孔３
３ａが、円筒壁２８ａに後述するステータコイルの左側
部と近接して開放穴３４ａが形成され、また、半体２７
には端壁２７ｂに軸受孔３２ｂと外気孔３３ｂとが、円
筒壁２７ａに後述するステータコイルの右側部と近接し
て開放穴３４ｂが形成されている。半休２８の通気孔３
３ａは端壁２８ｂを貫通して後述する冷却風路に機構室
２９とを連通し、各半休２８゜２７の軸受孔３２ａ、３
２ｂにはシャフト２３がボールベアリングを介して回転
自在支持されている。

シャフト２３は、半体２８の端壁２８ｂから突出した図
中左端部に回転方向に多数極を有する永久磁石３５が固
設され、また、半体２フの端壁２７ｂから突出した図中
右端に前述のプーリ２４が固設され、機構室２９内の中
間部分にロータ３６が固設されている。ロータ３６は、
２つのヨーク半休３６ａ、３６ｂをシャフト２３に固定
し、これらヨーク半休３６ａ、３６ｂでフィールドコイ
ル３７を抱持して構成されている。ヨーク半休３６ａ、
３６ｂは、対向する端部が互いにくし状に組み合い、外
周部にフィールドコイル３７の励磁によって多数の磁極
が周方向に交互に発生する。これらヨーク半体３６ａ、
３６ｂには軸方向両側にそれぞれ冷却用のファン３８ａ
、３８ｂが取り付けられている。フィールドコイル３７
は、図中右方でシャフト２３に設けられたスリップリン
グ３９に結線され、このスリップリング３９に接触する
ブラシ４１を介して機構室２９の右側に配置されたボル
テージレギュレータ４０と接続されている。周知のよう
にボルテージレギュレータ４０は、フィールドコイル３
７に流れる界磁電流を制御する。

ハウジング２６には、機構室２９の内壁にロータ３６の
外方でステータ４２が固設されている。

ステータ４２は、ハウジング２６内壁に固定された環状
のヨーク４３に周方向に交互に複数の始動用コイル４４
と発電用コイル４４（図中明示されず、始動用コイルと
同一番号を付す）とをそれぞれ分布巻して成り、始動用
コイル４４および発電用コイル４４がそれぞれスター結
線されている。

始動用コイル４４は後述する駆動回路に結線され、発電
用コイル４４は機構室２９の図中右側部に配置された整
流回路４５に結線されている。整流回路４５は、周知の
ダイオードから成る全波整流回路等が用いられ、図示し
ないリレーを介してバッテリに接続されている。このリ
レーは、イブニラシンキーのスタート位置への操作等に
応動するコンタクタを有し、始動用コイル４４の通電時
に整流回路４５をバッテリから遮絶する。

また、ハウジング２６には、半体２８に端壁２８ｂの図
中左側面に２つの部材を接合して成る略円筒状のケース
３０が固設されている。ケース３０は、端壁２８ｂ側の
図中左側部が全面を開口して端壁２８ｂとの間に回路室
３１を画成し、図中左側部に取付穴３０ａと複数の外気
孔３０ｂとが形成されている０回路室３１内には、ケー
ス３０と同軸的に略円筒状の筒部材４６が配置され、こ
の筒部材４６の外側に６つのパワーモジュール４７１，
４２２，４７３，４７４．４７１１．４７６　　（以下
、必要に応じ添字の無い番号で代表する）が配置されて
いる。筒部材４６は、大筒部４６ａと小筒部４６ｂとを
仕切壁４６ｃで隔別して成り、小筒部４６ｂの図中右端
開口が半体２８の軸受３２ａの外縁部に接合されてシャ
フト２３の左端部を包囲し、大筒部４６ａの図中左端開
口が取付穴３０ａで開放されいる。この筒部材４６には
、大筒部４６ａ内に制御回路４８が収容され、小筒部４
６ｂの内壁に前述の永久磁石３５に近接してホール素子
４９が固設されている。ホール素子４９は、仕切壁４６
ｃを貫通するハーネスで制御回路４８と結線され、永久
磁石３５によりシャフト２３の回転位置を検出して検知
信号を出力する。制御回路４８はマイコンから成るコン
トローラ、前述の電磁クラッチ１８を駆動する駆動回路
および始動コイル４４への通電を電磁クラッチ１８への
通電よりも遅延させるための遅延回路等を有する。この
制御回路４８は、各パワーモジュール４７およびイグニ
ションキースイッチ等に接続され、エンジン起動時にお
いてホイール素子４９が出力する検知信号に基づき始動
コイル４４に通電する電流の位相を決定して駆動信号を
パワーモジュール４７に出力する。

パワーモジュール４７は、回路室３１内に筒部材４６の
外側で同心状に配置され、軸方向両端をそれぞれ略環状
の保持部材（仕切部材）５０゜５１に固定されている。

ｙＭ２図に詳示するように、図中右方の保持部材５０は
、ベークライト等の絶縁材料から成る環状板５０ａ、５
０ｂを接合して成り、半体２８の端壁２８ｂに固定され
ている。同様に、図中左方の保持部材５１は、絶縁材料
から環状板５１ａ、５１ｂを接合して成り、ケース３０
の図中左端内壁に固定されている。保持部材５１には環
状板５１ａ、５１ｂ間に後述するバスパー５２が挟着さ
れ、また、保持部材５０には環状板５０ａ、５０ｂ間に
後述する３つのバスパー５３．５４．５５が挟着されて
いる。パワーモジュール４７は、比較的厚みの大きい略
板状のケーシング５６に８個のＰＭＯＳ−ＦＥＴのペア
チップ（以下、ＦＥＴと略記する）５７を設けて構成さ
れている。ケーシング５６は、アルミニウム等の伝導性
および熱伝導性に秀れた材料から成り、８個のＦＥＴ５
７の所定時間における発熱量に対応した熱容量を有する
。このケーシング５６は径方向に直交かつ軸方向に延在
して軸方向両端部が前述の保持部材５０．５１に固定さ
れ、６つのバク−モジュール４７のケーシング５６が全
体として六角筒状に配置されている。なお、５８ａ、５
８ｂは位置合せ用のノックビンである。これらケーシン
グ５６は、径方向内方の面に複数の冷却フィン６０が形
成され、また、内方の面が前述の筒部材４６との間で軸
方向に延在する冷却風路５９を画成し、この冷却風路５
９内に冷却フィン６０が突出している。冷却風路５９は
、図中左端が外気孔３０ｂから外部に開放され、図中右
端が通気孔３３ａを介し機構室２９に開口している。冷
却フィン６０は、第３図に示すように、略中心に向かっ
て平行かつ階段状に突出し、軸方向に延在している。

また、ケーシング５６は、第５図（ａ）、（ｂ）に示す
ように、径方向外方の面に上述の８個のＦＥＴ５７が４
個を１列として２列に固定され、これら列間に帯状電極
６１が、各列の外側に抵抗を内蔵した帯状電極８２ａ、
６２ｂがＦＥＴ５７列と平行に配置されている。ＦＥＴ
５フは、ケーシング５６との接合面にドレイン電極が形
成され、このドレイン電極にニッケル等のメツキが施さ
れてケーシング５６と電導かつ熱伝導可能にハンダ等で
固定されている。これらＦＥＴ５７は、それぞれ、ソー
ス電極が帯状電極６１に、ＦＥＴ列に応じて帯状電極６
２ａ、６２ｂに結線され、全体として並列に接続されて
いる。帯状電極６１はケーシング５６上に絶縁シート６
３を介して固定され、同様に、帯状電極６２ａ、６２ｂ
もケーシング５６上に絶縁シート６４ａ、６４ｂを介し
て固定さている。このケーシング５６は径方向外方部が
エポキシ等の合成樹脂から蓋体６５で閉止され、内部に
シリコンゲル６６が封入されている。

上述の６つのパワーモジュール４７は、第６図に示すよ
うにステータ４２の始動用コイル４４と接続され、この
始動用コイル４４に三相電流を通電する駆動回路６７を
構成する。第３図、第４図および第６図に明らかなよう
に、３つのパワーモジュール４７．．４７２．４７ｓは
、ＦＥＴ５７のドレインすなわちケーシング５６の右端
が前述の保持部材５１に挟持された円弧状のバスパー５
２に並列に接続されてバスパー５２を介しバッテリと接
続され、ＦＥＴ５７のソースすなわち帯状電極６１の左
端がそれぞれ保持部材５０に挟持されたバスパー５３．
５４．５５を介してパワーモジュール４７４，４７５．
４７６のドレインすなわちケーシング５６の左端部に接
続され、ＦＥＴ５７のゲートすなわち帯状電極６２ａ、
６２ｂが図示しないハーネス等で制御回路４８に接続さ
れている。また、３つのパワーモジュール４７４゜４７
５．４７６は、ドレインすなわちケーシング５６の右端
部がそれぞれ保持部材５１を貫通するバスパー６Ｆ３（
図では１つのみを示す）で始動用コイル４４の３コの端
子に接続され、ソースがそれぞれバスパー６９（図中、
１つのみが明示される）で半休２８の左端部に接続され
て半休２８を介し接地され、ゲートが制御回路４８に接
続されている。バスパー６９は、第２図に明示するよう
に、パワーモジュール４７の径方向外方で軸方向に延在
して中間部分に屈曲部６９ａが形成され、この屈曲部６
９ａが蓋体６５に当接して蓋体６５を保持している。

次に、実施例の作用を説明する。

スタッグＳは、フィールドコイル３７がバッテリとボル
テージレギュレータ４０を介し接続されて通電し、エン
ジン起動時においてステータ４２の始動用コイル４４が
三相電流を通電された場合に始動電動機として、また、
エンジン起動後においてステータ４２の整流回路４５が
リレーでバッテリに接続されると発電用コイル４４で発
電する充電発電機として機能する。

そして、エンジン起動時においては、イグニッションキ
ーのスタート位置への操作で変速装置Ｔの電磁クラッチ
１８を通電し、この電磁クラッチ１８への通電開始後所
定時間が経過した時に始動用コイル４４への通電を開始
する。したがって、変速装置Ｔは電磁クラッチ１８の係
止爪がリングギヤ１６の係止穴に陥入してリングギヤ１
６を拘束し、この後にスタッグＳが始動電動機として駆
動し、スタッグＳの出力が変速装置Ｔにより減速されて
エンジンＥのクランク軸１１に伝達され、エンジンＥは
スタッグＳにより起動される。ここで、このエンジン起
動時において、駆動回路６７はＦＥＴ５７のスイッチン
グ作用により始動用コイル４４に三相電流を通電して通
電期間中においてＦＥＴ５７が発熱するが、このＦＥＴ
５７が発する熱はケーシング５６に吸収されるため、Ｆ
ＥＴ５７の温度上昇が抑制される。

次に、ニシジンＥが起動されると、変速装置Ｔは電磁ク
ラッチ１８への通電が停止されてリングギヤ１６が解放
され、また、スタッグＳは始動用コイル４４への通電が
停止されて整流回路４５がバッテリに接続される。この
ため、スタッグＳは、変速装置Ｔを介してエンジンＥに
より駆動されて発電し、発電用コイル４４に発生する三
相電流を整流回路４５で整流する。ここで、この発電時
においては、スタッグＳはシャフト２３と一体に冷却フ
ァン３８ａ、３８ｂが回転し、第１図中矢印で示すよう
に、冷却ファン３８ａにより冷却風が外気孔３０ｂから
冷却風路５９および通気孔３３ａを経て開放穴３４ａに
流れて各パワーモジュール４７およびステータ４２のコ
イル４４の図中左側部が冷却され、また、冷却ファン３
８ｂにより冷却風が外気孔３３ｂから機構室２９を経て
開放穴３４ｂに流れて整流回路４５、ボルテージレギュ
レータ４０およびステータ４２のコイル４４の図中右側
部が冷却される。したがって、パワーモジュール４７お
よびステータ４２のコイル４４等を効果的に冷却できる
。さらに、ステータ４２と各パワーモジュール４７とは
保持部材５１および端壁２８ｂによって隔離されるため
相互に熱的に影響し合うことも無く、スタッグＳの充電
発電機としての運転中にパワーモジュール４７のＦＥＴ
５７の温度が上昇することを防止でき、エンジンを停止
直後に再始動する場合のＦＥＴ５７の温度を低くできる
。

一方、スタッグＳは、各パワーモジュール４７がＦＥＴ
５７のドレインをケーシング５６に導電可能に直付けさ
れ、また、パワーモジュール４７が同心状に配置される
ため、パワーモジュール４７についての配線を簡素化で
き、さらに、パワーモジュール４７間を接続するパスパ
ー５２゜５３．５４．５５の短縮と抵抗値の整合とが達
成できる。

なお、上述した実施例では、半体２８が端壁２８ｂを有
するが、本願発明は端壁２８ａを要することなく達成で
きることは言うまでも無い。

（発明の効果）以上説明したように、第１の発明にかかるエンジンの始
動・発電装置によれば、始動用コイルに三相電流を通電
する駆動回路を所定の熱容量を有する基板に半導体素子
を熱伝導可能に取り付けて構成したため、エンジン起動
時に半導体素子が発する熱を基板に吸収でき、半導体素
子の温度上昇を抑制できる。

また、第２の発明にかかるエンジンの始動・発電装置に
よれば、駆動回路を導電性の基板に半導体素子を一端子
を導電可能に接続して構成するとともに、基板を駆動回
路とステータコイルとの間に介設した仕切部材に固定し
て該仕切部材を介し支持するため、駆動回路に付属する
配線を簡素化でき、また、駆動回路とステータコイルと
の相互の熱干渉を防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第６図は本願発明の一実施例にかかるエンジ
ンの始動・発電装置を示し、第１図が全体図、第２図が
要部拡大断面図、第３図が第２図のＩＩＩ　−ＩＩＩ矢
視断面図、第４図が第２図の■−ｒＶ矢視断面図、第５
図（ａ）が主要部品の平面図、第５図（ｂ）が第５図（
ａ）のＶ−Ｖ矢視断面図、第６図が一部の回路図である
。Ｅ・・・エンジンＳ・・・始動発電機（スタッグ）２６・・・ハウジング　　　２９・・・機構室３０ｂ・
・φ外気孔　　　　３１・・・回路室３３ａ・・・通気
孔　　　　３３ｂ・・・外気孔３４ａ、３４ｂ−−−開
放穴３６・・・ロータ３８ａ、３８ｂ−−−ファン４４・・・始動用コイル（発電用コイル）４８・・・制
御回路５０．５１・・・保持部材６・・・チーシングア・・・ＦＥＴ　（半導体素子）９・・・冷却風路　　　　６ｏ・・・冷却フィン７・・
・駆動回路特許

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ハウジングにエンジンのクランク軸と動力伝達可
能に連結されたシャフトを回転自在に支持し、該シャフ
トに回転界磁極を、前記ハウジングに三相に結線された
ステータコイルを固定するとともに、該ステータコイル
に三相電流を通電してシャフトにエンジンの起動トルク
を生じさせる駆動回路と、エンジンの起動後にクランク
軸の回転で前記ステータコイルに生じる電力を取り出す
発電回路とを設けたエンジンの始動・発電装置において
、前記駆動回路を熱伝導性材料から成る基板に半導体素子
を熱伝導可能に固設して構成するとともに、前記基板の
熱容量を前記半導体素子の所定時間における発熱量と対
応する値に設定したことを特徴とするエンジンの始動・
発電装置。
（２）前記基板の一面に放熱フィンを形成して当該基板
の一面で冷却風路を画成するとともに、前記シャフトに
一体に回転して前記冷却風路中に冷却風を生じる冷却フ
ァンを設けたことを特徴とするエンジンの始動・発電装
置。
（３）ハウジングにエンジンのクランク軸と動力伝達可
能に連結されたシャフトを回転自在に支持し、該シャフ
トに回転界磁極を、前記ハウジングに三相に結線された
ステータコイルを固定するとともに、該ステータコイル
に三相電流を通電してシャフトにエンジンの起動トルク
を生じさせる駆動回路と、エンジンの起動後にクランク
軸の回転で前記ステータコイルに生じる電力を取り出す
発電回路とを設けたエンジンの始動・発電装置において
、前記駆動回路と前記ステータコイルとの間に絶縁材料か
ら成る仕切部材を設けるとともに、前記駆動回路を導電
性材料から成る基板に半導体素子を一端子を電気的に導
通させて固設し、該半導体素子の一端子を前記基板を介
しバッテリまたは前記ステータコイルに接続し、前記駆動回路の基板を前記仕切部材に支持することを特
徴とするエンジンの始動・発電装置。
（４）前記仕切部材は前記駆動回路が収容された回路室
と前記ステータコイルが収容された機構室とを隔別し、
該機構室内に前記ステータコイルと接続された発電系電
気回路を配置したことを特徴とする請求項３に記載のエ
ンジンの始動・発電装置。