JPH05180128A - スタータオルタネータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】ピニオン軸１には、エンジン始動用のピニオン
ギヤ２，発電用のプーリ３ａ、及びスリーブ４，噛み合
い歯車７，同期リング８によって構成されるシンクロメ
ッシュ機構が配置されている。またスリーブ４は、ピニ
オン軸１とスプライン６によって締結されており、軸方
向に動くことが可能となっている。また噛み合い歯車に
はプーリ３ａが締結され、スリーブ４と噛み合い歯車７
とが噛み合っていないときには、プーリ３ａは自由に回
転できる構造となっている。 【効果】スタータオルタネータに速比切り替え機構を設
けているため、始動と発電に必要な回転数，トルクを与
えることが可能となり、電動発電機は小型軽量となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの始動、発電
を行うスタータオルタネータに係り、特に、始動時と発
電時とで、別々のトルク，回転数をエンジンのクランク
軸、もしくは、電動発電機の回転子に与えることを可能
としたスタータオルタネータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、エンジンの始動にはスタータを、
発電にはオルタネータを、と言う様に別々の補機を設け
ていたが、最近ではエンジンスペースの縮小化，重量の
軽減化のため、スタータとオルタネータを一体化しよう
とする動きがある。スタータとオルタネータを一体化し
た例は、マツダの論文（自動車技術会 前刷集８９２１
９８９−１０）で紹介されている。このシステムは、エ
ンジンのフライホイール部に同期機を用いた電動発電機
を配置し、クランク軸と同期機の回転子を直結した方式
である。始動時には電動発電機に電気を流してモータと
して使用し、回転子の出力であるエンジンのクランク軸
を直接クランキングする。また、エンジンがかかるとク
ランク軸からの出力によって、電動発電機の回転子は直
接駆動され、発電を行うようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は、スタータ
とオルタネータを一体化してエンジンスペースの縮小化
と重量の軽減を図ろうとしている。しかし、回転子がク
ランク軸に直結された電動発電機を用いてエンジンの始
動トルクを発生しようとすると、電動発電機である同期
機の外形寸法および重量は大きなものとなり、車両への
搭載は困難となる。また、始動トルクを発生させ得る同
期機を発電機として用いると、発電容量は従来のオルタ
ネータと比較して、オーバースペックとなる。このよう
に、スタータオルタネータでの課題は、エンジンの始動
トルクを発生させ得る容量を確保しながら、一体化した
長所である小型軽量化を実現することにある。

【０００４】本発明の目的は、従来のスタータ性能と従
来のオルタネータ性能を満足し、且つ、小型軽量のスタ
ータオルタネータを提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の問題は、エンジン
の始動に必要なトルクを電動発電機である同期機のみで
発生させようとしたために生じる。従来のスタータで
は、モータからの出力を減速し、トルクを増大させてエ
ンジンを始動させているため、モータは小型軽量となっ
ている。そこで、軽量小型のスタータオルタネータを実
現するには、エンジン始動時には、電動発電機からの出
力を減速機を介して減速し、トルクを増大させる必要が
ある。また、エンジン始動後の発電に必要な回転数は始
動時とは異なっているため、始動に用いる減速機を発電
時に用いることはできない。そこで、スタータとオルタ
ネータの性能を両立するためには、少なくとも二つの速
比の切り替えを行う機構が必要となる。

【０００６】そこで本発明の一実施例では、ピニオン軸
とクランク軸との間に、二つの減速機（増速機）を設
け、その速比の切り替えを行う機構を配している。この
速比切り替え機構を設けることによって、エンジンの始
動時には、電動発電機の出力を減速し、トルクを増加さ
せてエンジンを始動させる。また、エンジンが始動した
後、速比切り替え機構は、始動時と速比を切り替え、ク
ランク軸からの出力は、始動時とは異なった速比で電動
発電機内の回転子を駆動し発電を行う。

【０００７】

【作用】上記のような構造を用いることにより、始動時
と発電時で、異なったトルク，回転数をクランク軸、も
しくは電動発電機の回転子に与えることができる。この
ため、スタータ性能とオルタネータ性能を満足した小型
軽量のスタータオルタネータを実現できる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明によるスタータオルタネータの
一実施例について説明する。

【０００９】図１は、本実施例における、スタータオル
タネータの速比切り替え機構である。ピニオン軸１に
は、エンジン始動用のピニオンギヤ２，発電用プーリ３
ａ、及びすでに公知の技術であるシンクロメッシュ機構
が配置されている。ピニオンギヤ２とスリーブ４の間に
はローラ５が存在しており、ピニオンギヤ２にかかる逆
向きのトルクを吸収するための一方向クラッチの役割を
果たしている。このため、スリーブ４とピニオンギヤ２
は、軸方向及び正回転時には一体となり移動，回転し、
逆回転のトルクがかけられた時のみ、ピニオンギヤ２は
空転する。またスリーブ４は、ピニオン軸１とスプライ
ン６によって回転方向には締結されながら軸方向に移動
できるようになっている。スリーブ４と噛み合い歯車７
の間には同期リング８が存在しており、シンクロメッシ
ュ機構を構成している。噛み合い歯車７には発電用プー
リ３ａが締結されており、スリーブ４と噛み合い歯車７
とが噛み合っていないとき、発電用プーリ３ａはピニオ
ン軸１の回転とは無関係に自由に回転できる。また、ス
リーブ４と噛み合い歯車７が噛み合っているときは、発
電用プーリ３ａとピニオン軸１は締結されており、同じ
回転数で回転する。

【００１０】図２は、本実施例における、スタータオル
タネータの電気回路を示している。

【００１１】本実施例の電動発電機は三相星型結線され
たコイル９ａ，９ｂ，９ｃを主電機子とし固定するとと
もに、外周部に配置されたコイル１０を界磁回転子とし
ている。また、界磁回転子であるコイル１０には、一定
電圧が供給されている。主電機子に対する回転子の位置
は、回転子位置検出装置１１により検出され、コントロ
ーラ１２に入力されている。

【００１２】始動と発電の切り替えは、スタータスイッ
チ１３によって行う。スタータスイッチ１３がオンにな
ると、バッテリ１４からソレノイド１５に電気が流れ、
プランジャ１６を吸引する。プランジャ１６が完全に吸
引されるとプランジャ１６の終端部が接点１７と接し、
コントローラ１２に信号が入力される。コントローラ１
２に前述の信号が入力されると、始動モードとなり、コ
ントローラ１２は、回転子位置検出装置１１によって得
られた回転子の極性に応じて、インバータ回路１８に三
種の位相のオン−オフ信号を出力する。インバータ回路
１８は、コントローラ１２からの信号に応じて、回転子
のコイル９ａ，９ｂ，９ｃに流れる電流を制御して回転
子を回転させる。また、スタータスイッチ１３がオフに
なると、コントローラ１２は、発電モードとなり、回転
子が回転すると、回転子のコイル９ａ，９ｂ，９ｃに電
気が流れ、バッテリ１４を充電する。

【００１３】本実施例のシステムは、図１で説明された
速比切り替え機構と、図２で説明された電動発電機１９
とマグネットスイッチ２０とで構成される。システム全
体は、図３に示されている。

【００１４】次に、本実施例の動作について説明する。

【００１５】図３は、エンジン始動時における速比切り
替え機構の状態を示した図である。始動時、スタータス
イッチ１３がオンになると、マグネットスイッチ２０内
のソレノイド１５に電気が流れ、プランジャ１６は、ば
ね２１に逆らって、シフトレバー２２の上端部を図中左
に押し出す。シフトレバー２２は、スリーブ４を軸方向
に移動させる構造となっているため、シフトレバー２２
の下端部は、スリーブ４を図中右に移動させてピニオン
ギヤ２をエンジン２３のクランク軸２４に締結されてい
るリングギヤ２５と噛み合わせる。この時点で、発電用
プーリ３ａ、及び噛み合い歯車７は、ピニオン軸１とは
締結されておらず、自由に回転することができる。ピニ
オンギヤ２とリングギヤ２５が噛み合った後、マグネッ
トスイッチ２０内の接点１７が引き込まれたプランジャ
１６によりオンになる。接点１７がオンの信号がコント
ローラ１２に入ると前述したように、コントローラ１２
から三種の位相のオン−オフ信号がインバータ回路１８
に出力され電動発電機１９はモータとなり、ピニオン軸
１を回転させる。トルクの流れは、ピニオン軸１からス
プライン６によって結合されたスリーブ４を介してピニ
オンギヤ２に送られ、リングギヤ２５を介してエンジン
２３のクランク軸２４に送られる。また、電動発電機１
９からの出力は、ピニオンギヤ２とリングギヤ２５の間
で減速され、増大されたトルクによってクランク軸２４
を駆動し、エンジン２３を始動させる。エンジン２３の
クランク軸２４が回転すると、クランク軸２４に締結さ
れたプーリ３ｂは回転し、ベルト２６を通して発電用プ
ーリ３ａを回転させる。しかしこの時点では、スリーブ
４は噛み合い歯車７と切り放されているので、プーリ３
ａは自由に回転でき、ピニオン軸１とのトルクのやりと
りをしない。

【００１６】図４は、エンジン停止時、および発電時の
上記速比切り替え機構の状態を示した図である。

【００１７】エンジン停止時には、スタータスイッチ１
３はオフになっており、マグネットスイッチ２０内のプ
ランジャ１６は、ばね２１の力によってシフトレバー２
２上端部を図中右側に引っ張っている。そのためシフト
レバー２２下端部は、スリーブ４を図中左側に押し出
し、噛み合い歯車７と噛み合わせる。その時点では、ピ
ニオンギヤ２はリングギヤ２５とは噛み合っていない。

【００１８】その後、スタータスイッチをオンにして、
前述した始動モードにより、エンジンの始動が行われ
る。

【００１９】エンジン２３が始動し、スタータスイッチ
１３が再びオフとなると、本実施例のシステムは、発電
モードとなる。マグネットスイッチ２０内のプランジャ
１６は、ばね２１の力によって図中右側に再び引き戻さ
れる。そのため、シフトレバー２２はスリーブ４を図中
左側に移動させる。スリーブ４が図中左へ移動すると、
ピニオンギヤ２はリングギヤ２５から抜け、スリーブ４
は噛み合い歯車７と噛み合おうとする。この時点では、
エンジン２３は既に始動しており、クランク軸２４に直
結されたプーリ３ｂは回転している。そのため、ベルト
２６でつながれている発電用プーリ３ａとスリーブ４と
の間に回転差が生じる。そこで、シンクロメッシュ機構
を用い、スリーブ４と噛み合い歯車７とをスムースに噛
み合わせ、発電用プーリ３ａとピニオン軸１とを連結し
ている。トルクの流れは、エンジン２３のクランク軸２
４直結のプーリ３ｂからベルト２６，発電用プーリ３
ａ，噛み合い歯車７，スリーブ４，ピニオン軸１に伝わ
る。このとき、ピニオンギヤ２は発電用プーリ３ａと同
じ回転数で回転しているが、リングギヤ２５からは切り
放されているので、トルクはエンジン２３に戻らない。
ピニオン軸１が回転することにより、電動発電機１９は
発電機としての機能を行い電気を発電する。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、スタータオルタネータ
に速比切り替え機構を設けているため、始動と発電に必
要な回転数，トルクを与えることが可能となっている。
そのため、電動発電機は小型軽量となる。また、始動モ
ードから発電モードに移行する際、シンクロメッシュ機
構を用いて切り替えを行うため、衝撃が少なく、静かな
切り替えを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるスタータオルタネータの速比切り
替え機構の一実施例の断面図。

【図２】本発明によるスタータオルタネータの電気回路
の一実施例を示す回路図。

【図３】本発明によるスタータオルタネータの一実施例
であるシステムの始動時の状態を示す系統図。

【図４】本発明によるスタータオルタネータの一実施例
であるシステムの停止時および発電時の状態を示す系統
図。

【符号の説明】

１…ピニオン軸、２…ピニオンギヤ、３ａ，３ｂ…プー
リ、４，７，８…シンクロメッシュ機構。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】スイッチのオン−オフにより、電動発電機
   をモータとして用い、ピニオンギヤをエンジンのリング
   ギヤに噛み合わせてエンジンを始動する機能と、電動発
   電機を発電機として用い、エンジンのクランク軸からの
   回転によって発電する機能と兼ね備えたシステムにおい
   て、始動時と発電時に速比を切り替える機構を有するこ
   とを特徴とするスタータオルタネータ。